Eksperimen ALICE CERN Ungkap Mekanisme Pembentukan Inti Atom Ringan dalam Tumbukan Ekstrem

Para ilmuwan yang tergabung dalam kolaborasi ALICE di Large Hadron Collider (LHC) milik CERN telah memecahkan misteri fisika partikel yang telah lama menjadi perdebatan mengenai pembentukan inti atom ringan dalam kondisi tumbukan partikel yang sangat ekstrem. Dipimpin oleh peneliti dari Technical University of Munich (TUM), studi ini memberikan penjelasan definitif tentang mekanisme bertahan hidup deuteron dan antideuteron di tengah suhu tumbukan yang luar biasa tinggi.

Hasil penelitian, yang dipublikasikan dalam jurnal Nature pada Desember 2025, mengindikasikan bahwa proton dan neutron yang menyusun inti atom tersebut tidak ada secara langsung pada momen awal tumbukan. Sebaliknya, partikel-partikel fundamental ini muncul dari peluruhan keadaan partikel berenergi tinggi yang berumur pendek, yang dikenal sebagai resonansi, seperti resonansi $\Delta(1232)$. Setelah terbentuk, partikel-partikel ini kemudian bergabung melalui fusi nuklir keadaan akhir seiring dengan pendinginan sistem tumbukan.

Profesor Laura Fabbietti dari TUM menegaskan bahwa pengukuran menunjukkan kondisi harus "sedikit lebih dingin dan lebih tenang" bagi inti atom ringan untuk terbentuk, bukan pada fase awal tumbukan yang sangat panas. Pengukuran yang dilakukan oleh detektor ALICE menunjukkan bahwa sekitar 90 persen dari (anti)deuteron yang teramati terbentuk melalui jalur peluruhan resonansi ini. ALICE, yang dirancang khusus untuk menyelidiki interaksi kuat, telah menjadi instrumen utama dalam studi ini.

Pekerjaan ini secara substansial memajukan pemahaman mengenai 'interaksi kuat', yaitu gaya fundamental yang mengikat proton dan neutron di dalam inti atom. Prof. Laura Fabbietti, anggota kolaborasi ALICE sejak 2015 dan bagian dari Cluster Keunggulan ORIGINS, mengembangkan teknik analisis baru untuk mempelajari interaksi hadron dalam sistem keadaan akhir di tabrakan berenergi tinggi.

Penelitian ini memiliki implikasi yang lebih luas, terutama dalam astrofisika, khususnya dalam menginterpretasikan data sinar kosmik, sebagaimana dicatat oleh Dr. Maximilian Mahlein. Model yang lebih akurat, yang didasarkan pada temuan ini, berpotensi menawarkan wawasan baru mengenai sifat materi gelap. Cluster Keunggulan ORIGINS, yang pendanaannya disetujui untuk fase kedua pada Mei 2025, berfokus pada evolusi alam semesta dari partikel terkecil hingga sistem biologis.

Sebagai pengakuan atas kontribusi signifikan dalam fisika fundamental, Prof. Laura Fabbietti dan Prof. Lukas Heinrich dianugerahi Penghargaan Terobosan Fisika Fundamental 2025 pada April 2025 atas kerja sama mereka di CERN. Penghargaan senilai 3 juta USD tersebut diberikan kepada 13.508 peneliti dari lebih dari 70 negara yang terlibat dalam kolaborasi eksperimental di LHC, termasuk ALICE.

CERN mengoperasikan LHC untuk mereplikasi kondisi awal alam semesta melalui tumbukan proton-berenergi tinggi. Studi tentang interaksi kuat ini sangat penting untuk memahami objek ekstrem seperti bintang neutron, di mana materi memiliki kepadatan sepuluh kali lebih besar daripada materi atomik. Penemuan ini menegaskan bahwa pembentukan inti ringan terjadi dalam lingkungan yang lebih teratur, berbeda dengan teori sebelumnya yang mengasumsikan pembentukan terjadi secara instan dalam fase paling awal dan paling energik dari tumbukan.