Penyimpangan Transisi Isotop Kalsium Mengisyaratkan Potensi Gaya Fundamental Kelima

Gravitasi merupakan salah satu dari empat interaksi fundamental alam semesta yang menjaga benda tetap berada di Bumi. Dalam lanskap fisika fundamental, terdapat upaya berkelanjutan untuk melampaui Model Standar fisika, yang diakui belum lengkap karena ketidakmampuannya menjelaskan fenomena seperti materi gelap. Salah satu jalur eksplorasi yang menjanjikan adalah kemungkinan adanya gaya fundamental kelima, dengan temuan internasional terbaru yang dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Letters pada tahun 2025 memberikan petunjuk yang menarik.

Penelitian yang menjadi sorotan ini secara khusus berfokus pada transisi atomik yang terjadi pada isotop kalsium, sebuah proses di mana elektron menyerap energi untuk melompat ke orbital energi yang lebih tinggi sebelum kembali ke keadaan semula dengan memancarkan energi. Sifat dari transisi elektron ini sangat bergantung pada struktur inti atom, terutama jumlah neutron yang dikandungnya. Menurut prediksi Model Standar, pergeseran transisi di antara isotop kalsium—yaitu Kalsium-40, Kalsium-42, Kalsium-44, Kalsium-46, dan Kalsium-48—seharusnya menunjukkan hubungan linier ketika dipetakan pada diagram yang dikenal sebagai "plot King."

Para peneliti mengukur transisi ini pada lima isotop kalsium dengan jumlah neutron bervariasi dari 20 hingga 28, dan mereka mengamati adanya penyimpangan non-linier yang halus dari prediksi tersebut. Penyimpangan ini, meskipun kecil, konsisten dan tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh efek fisika nuklir yang sudah diketahui. Para fisikawan menafsirkan penyimpangan ini sebagai indikasi awal yang mendukung keberadaan gaya tambahan yang lemah, yang diasumsikan bekerja di antara elektron dan neutron. Gaya hipotetis ini diyakini dimediasi oleh sebuah boson, yang secara teoretis dinamakan partikel Yukawa.

Penelitian yang diterbitkan pada tahun 2025 ini berhasil menetapkan batasan paling ketat hingga saat ini mengenai intensitas dan kemungkinan massa partikel mediator ini, dengan estimasi massa berada di kisaran sekitar 10 hingga 10 juta elektronvolt (eV/c²). Kerja sama internasional ini melibatkan para ilmuwan dari Jerman, Swiss, dan Australia, termasuk kontribusi dari kelompok riset QuantumFrontiers dan DQ-mat. Profesor Emeritus José-Philippe Pérez dari Universitas Paul Sabatier Toulouse dan peneliti di IRAP-CNRS sebelumnya telah memberikan wawasan mengenai sifat misterius gaya-gaya alam ini.

Untuk mengonfirmasi atau menyanggah tanda-tanda fisika baru ini, tim internasional tersebut, yang juga mencakup peneliti dari ETH Zurich, sedang menyempurnakan pencarian mereka pada awal tahun 2026. Mereka saat ini sedang melakukan pengukuran transisi energi ketiga pada isotop kalsium tersebut, dengan tujuan membangun versi tiga dimensi dari plot King. Pengukuran presisi tinggi ini, yang dilakukan menggunakan perangkap ion untuk menahan isotop bermuatan tunggal sambil dieksitasi oleh laser, bertujuan untuk membedakan apakah penyimpangan tersebut berasal dari efek Model Standar yang lebih kompleks atau merupakan jejak gaya fundamental kelima. Upaya ini memperkuat momentum dalam pencarian mendalam untuk menemukan komponen-komponen fundamental alam semesta yang belum terungkap.