REPUBLIKA.CO.ID, JAKARTA -- Pada tahun 2018, sebuah tangki berisi air murni yang terkubur di bawah batu berkilo-kilometer di Ontario, Kanada, berpendar ketika partikel yang nyaris tak terdeteksi menghantam molekul-molekulnya. Ini adalah pertama kalinya air digunakan untuk mendeteksi partikel yang dikenal sebagai antineutrino, yang berasal dari reaktor nuklir yang berjarak lebih dari 240 kilometer.
Terobosan luar biasa ini menjanjikan eksperimen neutrino dan teknologi pemantauan yang menggunakan bahan yang murah, mudah didapat, dan aman. Sebagai partikel yang paling melimpah di alam semesta, neutrino adalah partikel mikro yang memiliki banyak potensi untuk mengungkap wawasan mendalam tentang alam semesta.
Sayangnya, neutrino nyaris tidak bermassa, tidak membawa muatan, dan nyaris tidak berinteraksi dengan partikel-partikel lain. Mereka umumnya melintasi ruang angkasa dan batuan, seolah-olah semua materi tidak berwujud. Itulah mengapa neutrino dikenal sebagai partikel hantu.
Antineutrino adalah antipartikel dari neutrino. Biasanya, antipartikel memiliki muatan yang berlawanan dengan partikel pasangannya. Antipartikel dari elektron yang bermuatan negatif, misalnya, adalah positron yang bermuatan positif.
Karena neutrino tidak membawa muatan, para ilmuwan hanya dapat membedakan keduanya berdasarkan fakta bahwa neutrino elektron akan muncul bersamaan dengan positron, sedangkan antineutrino elektron muncul bersama elektron.
Antineutrino elektron dipancarkan selama peluruhan beta nuklir, suatu jenis peluruhan radioaktif di mana neutron meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Salah satu antineutrino elektron ini kemudian dapat berinteraksi dengan proton untuk menghasilkan positron dan neutron, sebuah reaksi yang dikenal sebagai peluruhan beta terbalik.
Tangki besar berisi cairan yang dilapisi dengan tabung fotomultiplier digunakan untuk mendeteksi jenis peluruhan ini. Tabung-tabung ini dirancang untuk menangkap cahaya redup radiasi Cherenkov yang diciptakan oleh partikel bermuatan yang bergerak lebih cepat daripada cahaya, mirip dengan dentuman sonik yang dihasilkan dengan memecahkan penghalang suara.
Jadi, mereka sangat sensitif terhadap cahaya yang sangat redup. Antineutrino diproduksi dalam jumlah yang sangat banyak oleh reaktor nuklir, tapi energinya relatif rendah, sehingga sulit dideteksi.
Adapun SNO+, terkubur di bawah lebih dari 2 kilometer batuan. SNO+ adalah laboratorium bawah tanah terdalam di dunia. Perisai batuan ini memberikan penghalang yang efektif terhadap gangguan sinar kosmik, sehingga para ilmuwan dapat memperoleh sinyal dengan resolusi yang sangat baik.
Saat ini, tangki berbentuk bola seberat 780 ton di laboratorium ini diisi dengan alkilbenzena linier, sebuah cairan pendar yang memperkuat cahaya. Pada tahun 2018, ketika fasilitas ini menjalani kalibrasi, tangki ini diisi dengan air ultra murni.
Menyisir data selama 190 hari yang dikumpulkan selama fase kalibrasi pada tahun 2018, kolaborasi SNO+ menemukan bukti peluruhan beta terbalik. Neutron yang dihasilkan selama proses ini ditangkap oleh inti hidrogen di dalam air, yang pada gilirannya menghasilkan ledakan cahaya yang lembut pada tingkat energi yang sangat spesifik, 2,2 megaelektronvolt.
Detektor Cherenkov air umumnya kesulitan mendeteksi sinyal di bawah 3 megaelektronvolt; tetapi SNO+ yang diisi air mampu mendeteksi hingga 1,4 megaelektronvolt. Hal ini menghasilkan efisiensi sekitar 50 persen untuk mendeteksi sinyal pada 2,2 megaelektronvolt, sehingga ilmuwan berpikir bahwa ada baiknya mereka mencoba peruntungan untuk mencari tanda-tanda peluruhan beta terbalik.
Analisis terhadap sinyal kandidat menentukan bahwa sinyal tersebut kemungkinan besar dihasilkan oleh antineutrino, dengan tingkat kepercayaan 3 sigma - probabilitas 99,7 persen. Hasilnya menunjukkan bahwa detektor air dapat digunakan untuk memantau produksi daya reaktor nuklir.
Sementara itu, SNO+ digunakan untuk membantu memahami neutrino dan antineutrino dengan lebih baik. Karena neutrino tidak mungkin diukur secara langsung. Salah satu pertanyaan terbesar adalah apakah neutrino dan antineutrino adalah partikel yang sama persis. Peluruhan yang langka dan belum pernah dilihat sebelumnya akan menjawab pertanyaan ini.
"Sangat menarik bagi kami bahwa air murni dapat digunakan untuk mengukur antineutrino dari reaktor dan pada jarak yang sangat jauh," kata fisikawan Logan Lebanowski dari kolaborasi SNO+ dan University of California, Berkeley, pada bulan Maret 2023.
"Kami menghabiskan banyak upaya untuk mengekstrak sejumlah sinyal dari data selama 190 hari. Hasilnya sangat memuaskan," kata Lebanowski seperti dilansir Science Alert, Senin (2/10/2023).
Penelitian ini telah dipublikasikan di Physical Review Letters.
