Tak Temukan Materi Gelap, malah Dapat Petunjuk Perilaku Hantu Partikel

Eksperimen bawah tanah raksasa LUX-ZEPLIN tak menemukan materi gelap, tetapi justru mengungkap petunjuk segar tentang perilaku neutrino.

Tabung pengganda foto di dalam detektor LZ dirancang untuk menangkap kilatan cahaya UV redup yang dapat menandakan interaksi materi gelap. Foto: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility

Ringkasan

• Eksperimen bawah tanah LUX-ZEPLIN tak menemukan materi gelap, namun memperkuat bukti interaksi neutrino boron-8.
• Hasil 4,5 sigma menunjukkan sensitivitas detektor meningkat signifikan, membantu penelitian masa depan menghindari sinyal palsu.
• Upaya lanjutan dimulai 2028 dengan pengumpulan data 1.000 hari untuk memburu fenomena di luar Standard Model.

DALAM dunia fisika partikel, tidak menemukan sesuatu sering kali sama berharganya dengan menemukan. 

Itulah pelajaran besar dari penyelidikan bersejarah LUX-ZEPLIN (LZ), sebuah eksperimen raksasa yang berada hampir 1,6 kilometer di bawah permukaan tanah South Dakota, AS. 

Meski tak berhasil menangkap jejak materi gelap, substansi misterius yang diperkirakan membentuk sekitar 85% materi di alam semesta, penelitian ini justru membuka jendela baru terkait perilaku neutrino. 

Neutrino yang dijuluki hantu partikel merupakan partikel hampir tak bermassa yang dihasilkan oleh reaksi nuklir di Matahari.

Rick Gaitskell, fisikawan dari Brown University dan anggota tim LZ, menyebut pencarian ini sebagai “upaya memecahkan potongan besar yang hilang dalam pemahaman alam semesta.” 

LZ membawa ambisi besar itu dengan memanfaatkan dataset terbesar yang pernah dikumpulkan untuk mencari jejak WIMPs (weakly interacting massive particles), kandidat utama materi gelap yang dicurigai selama beberapa dekade.

Dalam eksperimen yang berlangsung 417 hari antara Maret 2023 hingga April 2025, para peneliti memodifikasi detektor silindris berisi 10 ton xenon cair—elemen inert yang ideal untuk menangkap tumbukan partikel gaib.

Jika WIMP menyentuh inti atom xenon, seharusnya muncul sinyal cahaya dan elektron bermuatan positif yang sangat khas. Begitu pula jika neutrino dari Matahari menyelinap dan menabrak xenon, meskipun tanda-tandanya lebih halus.

Sensitivitas detektor telah ditingkatkan sebelum eksperimen dimulai, sehingga ia mampu mendengar “bisikan interaksi” partikel yang sangat jarang muncul. 

Setiap tabrakan menghasilkan kilatan foton yang kemudian dianalisis oleh sistem sensor ultra-sensitif.

Hasil awal menunjukkan dua hal penting. Pertama, tidak ada sinyal WIMP untuk jenis bermassa rendah yang dicari. Jika ada, tumbukan WIMP dengan inti xenon akan menghasilkan pola energi tertentu. Namun, sekali lagi, alam semesta memilih untuk diam.

Kedua, sinyal neutrino boron-8 makin kuat. Para peneliti mencatat tingkat keyakinan 4,5 sigma bahwa neutrino jenis ini benar-benar berinteraksi dengan xenon. 

Ini kemajuan besar dibandingkan dua eksperimen sebelumnya yang hanya mencapai tingkat signifikansi di bawah 3 sigma.

Deteksi neutrino boron-8 yang muncul hanya sekitar satu kali per bulan menunjukkan bahwa detektor LZ sangat sensitif dan dapat membantu membedakan sinyal neutrino dari sinyal materi gelap, hal krusial agar penelitian di masa depan tidak keliru membacanya.

Dalam fisika partikel, hasil negatif tak pernah benar-benar buruk. Hasil ini menyaring model-model teori yang sudah lama dihipotesiskan. 

Jika WIMP tak muncul pada rentang massa dan energi tertentu, fisikawan dapat mempersempit pencarian dan menghindari “jebakan sinyal palsu.”

Menurut Gaitskell, “Alam tidak selalu bekerja sesuai dengan keindahan matematika yang kita bayangkan.” Banyak teori elegan tentang WIMP yang kini harus dievaluasi ulang. Justru dari kekecewaan inilah penelitian akan menemukan arah baru.

Detektor LZ dijadwalkan kembali beroperasi pada 2028 untuk periode pencarian selama 1.000 hari, yang akan menjadi pengumpulan data terpanjang yang pernah dilakukan untuk eksperimen serupa. 

Selain mencari WIMP dan neutrino tambahan, eksperimen ini juga memburu fenomena yang mungkin melampaui Standard Model, teori paling sukses namun belum lengkap dalam fisika modern.

Artinya, perburuan belum berakhir. Justru baru dimulai ulang.

Disadur dari Live Science.