Sebuah tim peneliti dari sejumlah universitas dan laboratorium nasional di Amerika Serikat tengah mempelajari partikel subatom paling misterius di alam semesta: neutrino. Mereka memanfaatkan eksperimen baru untuk mendeteksi jenis khusus dari partikel ini yang disebut neutrino steril dengan menggunakan reaktor nuklir sebagai sumbernya.
Neutrino dikenal karena hampir tidak memiliki massa dan tidak bermuatan listrik. Kemampuannya untuk menembus materi tanpa terdeteksi membuatnya dijuluki “partikel hantu.” Namun, para fisikawan meyakini bahwa neutrino menyimpan informasi penting tentang asal-usul alam semesta, aktivitas supernova, dan bahkan struktur dalam planet kita sendiri.
Biasanya, neutrino terbentuk dari peristiwa luar biasa seperti ledakan bintang, peluruhan radioaktif, atau saat sinar kosmik bertabrakan dengan atmosfer bumi. Namun dalam studi ini, para peneliti memilih pendekatan berbeda: menggunakan reaktor nuklir sebagai sumber neutrino yang lebih stabil dan terukur.
Detektor PROSPECT-I dan Eksperimen di Reaktor Oak Ridge
Eksperimen dilakukan dengan detektor PROSPECT-I di fasilitas High Flux Isotope Reactor (HFIR), Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Tennessee. Di dalam inti reaktor, proses fisi nuklir menghasilkan elektron dan antineutrino, yaitu pasangan antimateri dari neutrino biasa.
Antineutrino memiliki sifat yang mirip dengan neutrino, tetapi dengan nomor kuantum yang berlawanan. Dalam perjalanan mereka, neutrino dapat berubah bentuk menjadi antineutrino dan sebaliknya. Ada tiga jenis yang diketahui: elektron, muon, dan tau.
Namun, ada satu tipe yang masih bersifat hipotetik yaitu neutrino steril. Partikel ini diduga tidak berinteraksi dengan materi biasa, hanya dengan gravitasi. Jika neutrino steril benar-benar ada, maka sebagian neutrino dari reaksi nuklir akan “berubah wujud” menjadi bentuk ini dan menghilang dari deteksi.
Menajamkan Batas Deteksi Neutrino Steril
Karena detektor PROSPECT-I ditempatkan dekat dengan inti reaktor, peluangnya lebih tinggi untuk mendeteksi kemungkinan perubahan neutrino menjadi bentuk steril. Tim peneliti secara khusus mengamati perubahan jumlah neutrino dengan massa tinggi, yang sulit ditangkap oleh detektor yang ditempatkan lebih jauh.
“Eksperimen PROSPECT sangat produktif meskipun ukurannya relatif kecil,” kata Russell Neilson, profesor dari Drexel University yang terlibat dalam penelitian. “Fitur uniknya telah menghasilkan banyak publikasi, termasuk soal karakterisasi emisi antineutrino dan pencarian materi gelap.”
Studi ini juga berhasil menggunakan pola emisi antineutrino untuk melacak kembali sumbernya ke inti reaktor, sebuah pencapaian penting dalam pemantauan aktivitas nuklir.
Dengan eksperimen ini, ilmuwan semakin dekat dalam menjawab teka-teki besar tentang neutrino dan materi gelap, dua elemen penting yang dapat membantu kita memahami bagaimana alam semesta bekerja, dari skala kosmik hingga inti planet.
