Partikel Higgs dan Nasib Kosmis: Mengapa Alam Semesta Kita Masih Ada

Alam semesta kita telah ada selama 13,7 miliar tahun, tetapi menurut penelitian fisika terbaru, mungkin dalam keadaan yang sangat tidak stabil. Sumber bahaya ini terletak pada ketidakstabilan partikel fundamental yang disebut Higgs boson. Artikel ini menjelaskan bagaimana partikel Higgs bisa mempengaruhi nasib alam semesta dan mengapa alam semesta kita masih ada, berdasarkan temuan penelitian terbaru.

Apa itu partikel Higgs?

Partikel Higgs, yang ditemukan pada tahun 2012, adalah jenis partikel elementer yang memberikan massa pada semua partikel lainnya. Untuk menjelaskan ini dengan contoh sehari-hari, partikel Higgs berinteraksi dengan partikel lainnya seperti orang yang berjalan melalui salju, memperlambat gerak mereka dan dengan demikian memberikan massa kepada mereka.

Keberadaan partikel Higgs memberitahu kita bahwa ada medan khusus yang disebut “medan Higgs” yang meresap ke seluruh alam semesta. Anda bisa membayangkan medan ini sebagai permukaan air yang tenang yang mencakup seluruh alam semesta. “Kolam” ini memiliki sifat yang sama di seluruh kosmos, itulah sebabnya kita bisa mengamati hukum fisika yang sama di mana-mana di alam semesta.

Ketidakstabilan medan Higgs

Keadaan medan Higgs saat ini dipercaya “metastabil.” Metastabilitas merujuk pada keadaan yang tampak stabil tetapi bisa berpotensi bertransisi ke keadaan yang lebih stabil. Contoh yang relevan adalah cangkir yang ditempatkan di tepi meja. Cangkir itu tidak akan jatuh segera, tetapi bisa jatuh jika sedikit terganggu.

Begitu pula, sementara medan Higgs tampak stabil sekarang, secara teoritis bisa bertransisi ke keadaan energi yang lebih rendah. Jika transisi semacam itu terjadi, itu akan secara dramatis mengubah hukum fisika seperti yang kita ketahui.

Perubahan ini disebut “transisi fase.” Transisi fase adalah fenomena di mana keadaan materi berubah secara mendadak, seperti air yang berubah menjadi es atau uap. Jika terjadi transisi fase di medan Higgs, itu akan menciptakan “gelembung” di ruang dengan hukum fisika yang sama sekali berbeda.

Untuk membayangkan “gelembung” ini, pikirkan gelembung dalam air mendidih. Namun, di dalam gelembung medan Higgs, hukum fisika yang kita kenal tidak akan berlaku. Misalnya, massa elektron mungkin tiba-tiba berubah, dan atom-atom mungkin menjadi tidak stabil. Dengan kata lain, jika perubahan semacam itu terjadi, dunia kita bisa saja lenyap seketika.

Umur alam semesta

Pengukuran massa partikel terbaru di Large Hadron Collider (LHC) di CERN menunjukkan bahwa peristiwa semacam itu secara teoritis mungkin terjadi. Namun, tidak perlu khawatir. Ini kemungkinan besar terjadi triliunan hingga triliunan tahun dari sekarang, rentang waktu ribuan miliar kali lebih lama dari usia alam semesta saat ini.

Ini sebabnya para fisikawan mengatakan alam semesta “metastabil” daripada “tidak stabil.” Akhir dunia tidaklah dekat. Ini seperti berdiri di puncak gunung yang tinggi. Ada kemungkinan jatuh ke lembah, tetapi memerlukan jumlah energi yang sangat besar dan tidak mungkin terjadi dalam waktu dekat.

Untuk medan Higgs membentuk gelembung, dibutuhkan pemicu. Menurut mekanika kuantum, energi medan Higgs selalu berfluktuasi, tetapi secara statistik, pembentukan gelembung adalah kejadian yang sangat langka. Ini seperti riak kecil yang kadang muncul di permukaan danau yang tenang.

Namun, di hadapan sumber energi eksternal seperti medan gravitasi kuat atau plasma panas, medan Higgs bisa lebih mudah meminjam energi ini untuk membentuk gelembung. Ini seperti menciptakan riak besar dengan melempar batu ke danau.

Stabilitas di awal alam semesta

Seseorang mungkin bertanya-tanya apakah kondisi ekstrem segera setelah kelahiran alam semesta membuat pembentukan gelembung medan Higgs lebih mungkin. Namun, selama periode ketika alam semesta sangat panas, efek termal diperkirakan telah mengubah sifat kuantum medan Higgs, menstabilkannya.

Ini mirip dengan bagaimana logam panas menjadi lebih lembut dan lebih tahan terhadap deformasi. Akibatnya, panas ini tidak memicu akhir dari alam semesta, itulah sebabnya kita masih ada hari ini.

Pengaruh lubang hitam primordial

Penelitian terbaru menunjukkan bahwa “lubang hitam primordial,” yang mungkin ada di awal alam semesta, dapat menyebabkan pembentukan gelembung medan Higgs. Lubang hitam primordial adalah lubang hitam khusus yang diperkirakan terbentuk dari runtuhnya wilayah ruang-waktu yang sangat padat segera setelah kelahiran alam semesta.

Pada tahun 1970-an, Stephen Hawking menunjukkan bahwa karena efek kuantum, lubang hitam secara perlahan menguap dengan memancarkan radiasi. Ini mirip dengan bagaimana objek panas mendingin. Secara khusus, lubang hitam primordial ringan dengan massa kurang dari beberapa ratus miliar gram seharusnya telah menguap sekarang.

Lubang hitam primordial ini bisa berperilaku seperti kotoran dalam minuman berkarbonasi, berpotensi membantu pembentukan gelembung medan Higgs. Sama seperti kotoran dalam minuman berkarbonasi berfungsi sebagai situs nukleasi untuk gelembung, lubang hitam primordial bisa menjadi “benih” untuk gelembung medan Higgs.

Saat lubang hitam primordial menguap, mereka memanaskan alam semesta secara lokal, menciptakan titik panas yang lebih hangat daripada alam semesta sekitarnya. Ini mirip dengan bagaimana tetesan air menguap dengan kuat ketika jatuh ke atas wajan yang panas.

Tim penelitian, menggunakan kombinasi perhitungan analitis dan simulasi numerik, telah menunjukkan bahwa keberadaan titik panas ini bisa menyebabkan medan Higgs terus-menerus membentuk gelembung.

Kesimpulan dan prospek masa depan

Namun, kita masih ada. Ini menunjukkan bahwa kemungkinan lubang hitam primordial ringan pernah ada sangat rendah. Faktanya, kita mungkin perlu mengesampingkan banyak skenario kosmologis yang memprediksi keberadaan mereka.

Namu, jika bukti lubang hitam primordial masa lalu ditemukan dalam radiasi atau gelombang gravitasi kuno, itu akan menjadi perkembangan yang lebih menarik. Ini bisa menunjukkan bahwa ada sesuatu yang belum kita ketahui tentang medan Higgs, mungkin menunjukkan adanya partikel atau gaya baru. Itu akan seperti menemukan benua yang tidak dikenal.

Bagaimanapun, jelas bahwa kita masih memiliki banyak penemuan menunggu pada skala terkecil dan terbesar alam semesta. Penelitian tentang partikel Higgs akan menjadi kunci penting untuk memahami nasib alam semesta. Ini seperti menguraikan satu halaman dalam buku besar kosmos. Ada antisipasi besar untuk perkembangan penelitian di masa depan.