Mungkin cocok untuk Tanah Alkitab, para peneliti Israel memainkan peran penting dalam terobosan hari Rabu tentang apa yang oleh para ilmuwan disebut “partikel Tuhan”, yang dikenal sebagai partikel Higgs bosonmata rantai yang hilang dalam Teori Standar Einstein.
Para peneliti di Weizmann Institute di Rehovot, Hebrew University dan Technion telah aktif selama bertahun-tahun dalam pencarian partikel yang sulit ditangkap, serta dalam pengembangan akselerator partikel CERN yang digunakan para ilmuwan dalam eksperimen yang menghasilkan pengumuman hari Rabu.
Para ilmuwan telah memburu boson Higgs sejak 1964, ketika fisikawan Inggris Peter Higgs berteori bahwa partikel elementer memperoleh massa dengan berinteraksi dengan medan kuantum khusus yang menembus ruang (medan Higgs), yang mengarah pada pengembangan quark dan elektron, partikel dasar materi.
Pada dasarnya, boson Higgs dianggap sebagai blok bangunan terakhir yang hilang dari “Model Standar”, yang menggambarkan struktur materi di alam semesta. Bagian penting dari teori, a boson yang akan menyediakan bahan dasar untuk pengembangan materi (untuk mengubah massa menjadi materi dan memberikan sifat yang berbeda), hilang, dan pencarian boson (disebut boson Higgs), yang hanya dilakukan dalam akselerator proton bisa menjadi (karena ukurannya, kata para ilmuwan), sedang berlangsung.
Pencarian ini adalah salah satu alasan untuk membangun Penumbuk Hadron Besar (LHC), akselerator partikel terbesar dan berenergi tertinggi di dunia, terletak di terowongan dengan keliling 27 kilometer (17 mil) dan sedalam 175 meter (574 kaki) di bawah perbatasan Perancis-Swiss dekat Jenewa, Swiss. Pertama kali diaktifkan pada tahun 2008, LHC adalah mesin terbesar di dunia, yang mempercepat sinar proton hingga 99,999998% dari kecepatan cahaya. Menurut teori relativitas, ini meningkatkan massa mereka 7.500 kali lipat dari massa diam normal mereka. Akselerator mengarahkan sinar langsung satu sama lain, menyebabkan tabrakan yang melepaskan begitu banyak energi sehingga proton itu sendiri meledak – situasi yang diyakini para ilmuwan terjadi segera setelah Big Bang.
Boson Higgs secara populer dinamai “partikel Tuhan”. buku tentang sifat materi dan Higgs boson oleh fisikawan Leon Lederman menggunakan istilah tersebut karena “sangat penting bagi keadaan fisika saat ini”. Namun, fisikawan tidak pernah senang dengan istilah itu, dan pernah menjadi makalah Inggris mengadakan kompetisi mencari nama populer yang lebih baik untuk partikel tersebut. Lederman sendiri telah dikutip bercanda bahwa dia menyebutnya Partikel Tuhan karena “penerbit tidak akan meminta kami menyebutnya Partikel Terkutuk Tuhan, meskipun itu mungkin judul yang lebih tepat mengingat sifatnya yang jahat dan biaya yang ditimbulkannya.”
Di hari Rabu, CERN, Pusat Penelitian Nuklir Eropa, yang mengoperasikan LHC, telah mengumumkan bahwa para ilmuwan telah menemukan partikel baru yang tampaknya cocok dengan karakteristik teoretis boson Higgs. Partikel yang baru ditemukan adalah boson, kata Joe Incandela, juru bicara salah satu eksperimen, dan itu adalah boson terberat yang pernah ditemukan, seperti yang ditunjukkan oleh teori Higgs.
Kendati demikian, kata Incandela, penyelidikan masih terus dilakukan. “Implikasinya sangat signifikan dan justru karena alasan inilah kita harus sangat rajin dalam semua studi dan pemeriksaan silang kita,” katanya dalam sebuah pernyataan. “Ini hasil awal, tapi kami pikir ini sangat kuat dan solid.”
Higgs, 83, meneteskan air mata saat pengumuman itu dibuat. “Sungguh hal yang luar biasa bahwa ini terjadi dalam hidup saya,” katanya kepada anggota organisasi dan tamu pada konferensi pers di kantor pusat CERN di luar Jenewa pada hari Rabu.
Juga bersemangat, jika tidak hampir menangis, adalah Profesor Eilam Gross dari Institut Weizmann. Gross adalah penyelenggara forum analisis data statistik Detektor ATLAS, yang mengukur hasil percobaan di LHC.
“Ini adalah hari terbesar dalam hidup saya,” kata Gross. “Saya telah mencari Higgs boson sejak saya menjadi mahasiswa di tahun 1980-an. Bahkan setelah 25 tahun, itu masih mengejutkan. Apa pun sebutannya – kami tidak lagi mencari Higgs, tetapi mengukur propertinya. Meskipun saya yakin itu akan ditemukan, saya tidak pernah bermimpi hal itu akan terjadi saat saya memegang posisi senior di tim riset global.”
Memang, jika Higgs adalah ayah dari boson yang menyandang namanya, para ilmuwan di Institut Weizmann setidaknya adalah paman. Ilmuwan Weizmann memberikan kontribusi yang kuat untuk membawa para peneliti CERN ke titik di mana mereka merasa nyaman membuat pengumuman hari Rabu. Boson ditemukan melalui penggunaan LHC secara intensif untuk menumbuk partikel dan pemeriksaan data yang dihasilkan dari memecah proton menjadi partikel yang semakin kecil.
Tapi itu tugas yang berat; kemungkinan menciptakan boson Higgs dalam satu tabrakan mirip dengan mengekstraksi secara acak sel hidup tertentu dari daun tanaman dari antara semua tanaman yang tumbuh di Bumi, kata para ilmuwan Weizmann. Tim Weizmann, dipimpin oleh Profesor Giora Mikenberg, mengembangkan detektor partikel unik yang diproduksi di institut tersebut, serta di Jepang dan China. Detektor disetel untuk mendeteksi muon, yang merupakan indikasi adanya Higgs boson.
Selama bertahun-tahun, Mikenberg adalah kepala kelompok riset yang mencari Higgs boson dalam eksperimen OPAL CERN. Dia kemudian menjadi pemimpin Proyek ATLAS Muon – salah satu dari dua eksperimen yang akhirnya mengungkapkan partikel tersebut. Selain itu, Profesor Weizmann Ehud Duchovni mengepalai tim institut yang menyelidiki pertanyaan kunci lainnya di CERN. Tiga generasi ilmiah diwakili dalam tim Weizmann: Mikenberg adalah pengawas Duchovni, yang pada gilirannya adalah pengawas profesor Eilam Gross.
Ilmuwan Weizmann bukan satu-satunya ilmuwan Israel yang terlibat dalam pencarian boson Higgs. Profesor Eliezer Rabinovici dari Universitas Ibrani adalah perwakilan Israel di dewan CERN yang mengatur dan direktur Institut Studi Lanjutan Israel di Universitas Ibrani. Selain itu, Profesor Teknologi Shlomit Tarem, yang telah mengerjakan proyek Higgs boson selama lebih dari satu dekade, mengawasi kontrol detektor untuk beberapa kelompok penelitian. Dan Profesor Teknologi Yoram Rozen membantu merancang eksperimen “Big Bang” CERN 2008.
Selain pekerjaan aktual pada proyek Higgs boson, para peneliti Israel adalah kunci untuk membangun akselerator partikel LHC. Sistem ini mencakup elektromagnet superkonduktor terbesar di dunia, dibangun bekerja sama dengan perusahaan Israel. Seluruh struktur mencakup 10.000 detektor radiasi yang berjarak hanya satu milimeter, memiliki volume 25.000 meter kubik dan memiliki setengah juta saluran elektronik. Sebagian besar detektor radiasi muon dibangun dari komponen yang diproduksi di Israel. Sistem laser yang unik melacak lokasi yang tepat dari detektor dengan akurasi 25 mikron (setengah ketebalan rambut manusia).
Selain itu, bagian dari detektor ATLAS, detektor terbesar di dunia, dibuat di Israel. Papan detektor untuk ATLAS dibuat di Weizmann Institute dan diuji di Technion. Di setiap papan terdapat kabel listrik tipis berlapis emas, masing-masing berdiameter 50 mikron. Luas total detektor yang sedang dibangun di Israel adalah enam dunam dan panjang total kabel listrik di dalamnya sama dengan keliling Bumi. Di dalam masing-masing papan terdapat sirkuit elektronik yang dibangun di Fakultas Fisika Technion.
Israel diundang untuk bergabung dengan CERN tahun lalu. Ini, kata Rabinovici, merupakan tonggak sejarah bagi sains Israel, yang umumnya tidak diidentikkan dengan “sains besar” percepatan partikel. Undangan tersebut “merupakan pengakuan atas fakta bahwa fisikawan energi tinggi Israel, secara eksperimental dan teoretis, telah memberikan kontribusi yang signifikan di lapangan secara umum selama bertahun-tahun, dan khususnya di CERN,” kata Rabinovici. “Saya pikir ini suatu kehormatan dan pengakuan atas semua yang (telah) kami lakukan.”