Sebuah sinyal sangat kecil yang muncul jauh di bawah tanah Amerika Serikat sedang menjadi perhatian besar dalam dunia fisika.

Eksperimen LUX-ZEPLIN atau LZ mendeteksi satu peristiwa partikel yang hingga kini belum dapat dijelaskan sepenuhnya.

Yang membuatnya menarik, karakteristik sinyal tersebut cocok dengan sesuatu yang selama puluhan tahun diburu ilmuwan:

WIMP, salah satu kandidat utama dark matter atau materi gelap.

Jika interpretasi tersebut suatu hari berhasil dikonfirmasi, peristiwa ini dapat menjadi langkah besar menuju deteksi langsung materi gelap.

Namun para ilmuwan masih sangat berhati-hati. Satu sinyal belum cukup untuk menyatakan bahwa dark matter akhirnya ditemukan.

Laboratorium Tersembunyi di Bekas Tambang Emas

Eksperimen LZ berada di Sanford Underground Research Facility, South Dakota, Amerika Serikat.

Lokasinya tidak berada di permukaan.

Detektor ditempatkan hampir satu mil atau sekitar 1,5 kilometer di bawah tanah, di fasilitas yang dahulu merupakan tambang emas.

Lokasi ekstrem tersebut dipilih karena lapisan batu di atas laboratorium berfungsi sebagai pelindung alami.

Bumi membantu mengurangi gangguan dari sinar kosmik dan berbagai partikel lain yang terus menghujani permukaan planet.

Semakin sedikit gangguan, semakin besar peluang ilmuwan menangkap interaksi partikel yang sangat langka.

Di Dalamnya Ada 10 Ton Xenon Cair

Jantung eksperimen tersebut adalah detektor sangat sensitif yang menggunakan sekitar 10 ton xenon cair.

Tujuannya seperti memasang perangkap raksasa untuk sesuatu yang hampir tidak pernah berinteraksi dengan materi biasa.

Dark matter tidak memancarkan ataupun memantulkan cahaya.

Manusia tidak dapat melihatnya secara langsung menggunakan teleskop biasa.

Namun pengaruh gravitasinya terlihat dalam pergerakan galaksi dan struktur kosmik.

Para ilmuwan memperkirakan dark matter membentuk sekitar 85 persen dari seluruh materi di alam semesta.

Masalahnya, kita masih belum mengetahui apa sebenarnya materi tersebut.

Lalu Sebuah Atom Xenon Seperti “Ditabrak”

Peristiwa yang membuat ilmuwan tertarik sebenarnya tercatat pada 16 Juni 2023.

Namun diperlukan analisis panjang sebelum hasilnya dipresentasikan dan menarik perhatian komunitas fisika pada 2026.

Detektor mencatat karakteristik tumbukan yang tidak biasa.

Sebuah atom xenon mengalami nuclear recoil, seolah-olah sesuatu telah menabrak inti atom tersebut.

Interaksi itu juga menghasilkan kilatan ultraviolet sangat lemah yang dapat dideteksi instrumen LZ.

Pola seperti inilah yang diperkirakan dapat terjadi apabila sebuah WIMP bertabrakan dengan materi biasa.

Apa Itu WIMP?

WIMP merupakan singkatan dari:

Weakly Interacting Massive Particle.

Partikel hipotetis ini telah lama menjadi salah satu kandidat untuk menjelaskan dark matter.

Secara sederhana, bayangkan miliaran partikel tak terlihat melewati tubuh manusia, gedung dan bahkan Bumi dengan hampir tidak pernah menabrak atom.

Jika WIMP memang ada, interaksinya dengan materi biasa diperkirakan sangat lemah.

Itulah sebabnya eksperimen seperti LZ membutuhkan detektor sangat besar, lingkungan sangat bersih dan waktu pengamatan panjang.

Ilmuwan pada dasarnya menunggu satu tumbukan yang sangat langka.

Dan sekarang mereka mungkin telah melihat sesuatu yang menarik.

Tetapi Belum Bisa Disebut Penemuan

Di sinilah bagian terpentingnya.

Para peneliti belum mengatakan bahwa mereka telah menemukan dark matter.

Signifikansi statistik sinyal tersebut dilaporkan sekitar 2,6 sigma.

Dalam fisika partikel, klaim penemuan biasanya membutuhkan standar sekitar 5 sigma.

Artinya, masih terdapat kemungkinan bahwa sinyal tersebut berasal dari proses lain atau fluktuasi yang belum sepenuhnya dipahami.

Tim LZ sekarang harus memeriksa berbagai kemungkinan sumber gangguan dan membandingkan hasilnya dengan data tambahan.

Mengapa Satu Sinyal Bisa Begitu Penting?

Dark matter merupakan salah satu teka-teki terbesar fisika modern.

Kita melihat efek gravitasinya.

Kita melihat galaksi berputar dengan pola yang sulit dijelaskan hanya menggunakan materi yang terlihat.

Model kosmologi juga membutuhkan komponen materi tak terlihat untuk menjelaskan pembentukan struktur besar alam semesta.

Namun hingga kini manusia belum berhasil memastikan partikel apa yang membentuk dark matter.

Karena itu, satu interaksi yang cocok dengan karakteristik WIMP dapat menjadi petunjuk sangat menarik.

Bukan jawaban akhir.

Tetapi mungkin sebuah jejak.

Ilmuwan Sengaja Menjaga Ekspektasi

Para peneliti memahami betapa mudahnya sebuah sinyal menarik berubah menjadi klaim berlebihan.

Itulah sebabnya data diperiksa dengan prosedur ketat.

Tim juga menggunakan metode analisis yang dirancang untuk mengurangi bias ketika mencari sinyal langka.

Meski peristiwa tersebut menarik, para ilmuwan masih berusaha menentukan apakah terdapat penjelasan konvensional yang dapat menghasilkan pola serupa.

Data tambahan akan menjadi kuncinya.

Jika peristiwa serupa kembali muncul dengan karakteristik konsisten, kasusnya akan semakin kuat.

Sebaliknya, jika tidak pernah muncul kembali atau ternyata berasal dari latar belakang detektor, misterinya dapat memiliki penjelasan berbeda.

1,5 Kilometer di Bawah Tanah untuk Memburu Alam Semesta Tak Terlihat

Ada sesuatu yang menarik dari cara manusia mencari dark matter.

Untuk memahami salah satu komponen terbesar alam semesta, ilmuwan justru harus turun jauh ke dalam Bumi.

Di balik lapisan batu South Dakota, sebuah tangki xenon menunggu tumbukan yang mungkin terjadi hanya sesekali.

Kemudian satu atom bergerak.

Instrumen melihat kilatan kecil.

Dan sinyal yang berlangsung sangat singkat itu kini membuat para fisikawan bertanya apakah sesuatu yang tidak terlihat selama puluhan tahun akhirnya meninggalkan jejak di dalam detektor.

Belum ada bukti bahwa dark matter benar-benar ditemukan. Tetapi untuk pertama kalinya, satu peristiwa di laboratorium bawah tanah Amerika terlihat cukup menarik untuk membuat ilmuwan memeriksanya dengan sangat serius.