Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Pelanggaran Paritas: Kanan dan Kiri yang Tak Selalu Oke

“Memberi dan menerima sesuatu sebaiknya dengan tangan kanan,” demikianlah salah satu pesan orang tua yang sering kita amalkan dalam kehidupan sehari-hari. Ada apa dengan tangan kiri? Tangan kiri mungkin biasa kita pakai membersihkan diri setelah buang air. Apapun alasannya dan entah siapa yang memulai, hal tersebut telah menjadi kesepakatan bersama dalam tata krama tertentu.

Kebudayaan-kebudayaan dunia (dan agama) pada umumnya mengaitkan kanan dengan kebaikan, kebenaran, sementara kiri dikaitkan dengan keburukan ataupun kejahatan. Bahkan dalam kosakata bahasa Inggris, “right bisa bermakna “kanan” dan bisa juga bermakna “benar”. Ini persoalan budaya yang tidak akan kita bahas di sini.

Mungkin muncul pula pertanyaan usil, “Mengapa populasi orang kidal lebih sedikit daripada kadal (nonkidal)?” Para ilmuwan belum sepakat tentang penyebab disparitas ini, mungkin genetik mungkin juga budaya. Lagi-lagi kita tidak akan bahas lebih jauh hal semacam itu dalam artikel ini.

Pertanyaan yang lebih menarik bagi fisikawan adalah, “Apakah hukum alam membedakan kiri dan kanan?” Kalau dikaitkan dengan masalah populasi orang kidal, bolehlah kita bertanya, “Apakah populasi orang kidal yang lebih sedikit menunjukkan bahwa hukum alam memang tidak simetris kiri dan kanan?” Dibutuhkan studi mendalam untuk membuktikannya. Fakta-fakta di atas tidak cukup untuk meyakinkan para fisikawan. Disparitas tersebut kemungkinan disebabkan bukan karena hukum alam membedakan kiri dan kanan, tetapi karena kebetulan sejarah belaka. Fisikawan butuh bukti yang benar-benar meyakinkan.

Ada satu contoh lain dari molekul yang mengindikasikan ketidaksimetrisan kiri dan kanan. Alanine, salah satu jenis asam amino penyusun protein, terbagi menjadi dua jenis: L-alanine dan D-alanine. Keduanya tersusun atas atom-atom yang sama, kecuali bahwa yang satu adalah cerminan dari yang lainnya. Alanine yang diperoleh dari makhluk hidup sebagian besar berupa L-alanine.

 L-alanine dan D-alanine. Gambar dari ks.uiuc.edu.


L-alanine dan D-alanine. Gambar dari ks.uiuc.edu.

Menariknya, jika alanine dibuat di laboratorium dari karbon dioksida, etana dan metana, akan diperoleh molekul L-alanine dan D-alanine yang jumlahnya sama. Semua pengukuran di laboratorium, misalnya pengukuran energi dan laju reaksi menunjukkan simetri antara L-alanine dan D-alanine. Sepertinya hukum alam tidak membedakan kiri dan kanan.

Lalu, mengapa protein dari makhluk hidup cuma mengandung L-alanine? Para ilmuwan hanya bisa menduga-duga. Mereka berasumsi karena suatu kebetulan belaka, makhluk hidup “primitif” (bersel satu) berjenis L-alanine menang dan mendominasi. Sementara itu, makhluk hidup berjenis D-alanine, tidak memiliki enzim untuk mencerna L-alanine sehingga mereka mati kelaparan. Sekali lagi, disparitas L-alanine dan D-alanine pada protein makhluk hidup, tidak dapat meyakinkan kita bahwa hukum alam memang tidak simetris kiri dan kanan.

Oleh karena tidak adanya bukti yang meyakinkan, hingga tahun 1956 para fisikawan masih percaya bahwa hukum alam simetris terhadap pencerminan. Hukum alam yang simetris terhadap pencerminan berarti jika suatu proses fisika terjadi, maka proses fisika lain yang merupakan cerminannya juga dapat terjadi dengan peluang yang sama. Fisikawan menyebut simetri kiri dan kanan ini sebagai invariansi paritas (parity invariance).

Pada tahun 1957 terjadi peristiwa yang sangat penting. Chien-Shiung Wu dan kawan-kawan mempublikasikan hasil eksperimen mereka yang dilakukan di liburan awal tahun pada jurnal Physical Review. Ada apa gerangan? Ternyata setahun sebelumnya dua orang fisikawan bernama T. D. Lee dan C. N. Yang, juga menulis di jurnal Physical Review, memprediksi kemungkinan pelanggaran simetri kiri dan kanan serta mengusulkan eksperimen untuk membuktikannya. Wu dan kawan-kawannya itulah yang berhasil membuktikan hipotesis Lee dan Yang akan benarnya kemungkinan pelanggaran simetri tersebut.

Artikel Lee dan Yang sebenarnya nyaris diabaikan oleh komunitas fisika, tetapi Lee berhasil membujuk Wu di Universitas Columbia untuk melakukan percobaan, sampai-sampai Wu mengorbankan waktu keluarganya untuk melakukan eksperimen di saat liburan. Kolega lainnya di Columbia, yakni R. L. Garwin, Leon Lederman, and R. Weinrich, juga mencoba melakukan eksperimen berbeda, dengan kesimpulan yang sama. Seperti apa eksperimennya? Wu dan kawan-kawan mengukur distribusi partikel beta yang terpancar pada peluruhan atom kobalt Co-60 menjadi nikel Ni-60, seperti diilustrasikan pada gambar.

Ilustrasi eksperimen Wu dan kawan-kawan pada tahun 1957. Gambar disadur dari education.jlab.org

Ilustrasi eksperimen Wu dan kawan-kawan pada tahun 1957. Gambar disadur dari education.jlab.org

Kita definisikan dulu arah “utara” dengan aturan tangan kanan. Jika 4-jari (selain jempol) menunjukkan arah rotasi, berarti “kutub utara” adalah arah jempol. Sekarang, jika hukum alam simetris kiri dan kanan, banyaknya partikel beta yang terpancar ke arah “utara” akan sama dengan yang terpancar ke arah “selatan”, karena yang satu adalah cerminan dari yang lainnya. Lalu bagaimana hasil eksperimen Wu? Ternyata sebagian besar partikel beta terpancar ke arah “selatan”. Inilah bukti yang meyakinkan bahwa hukum alam tidak mematuhi simetri kiri dan kanan. Istilah kerennya, telah terjadi pelanggaran paritas!

Perlu diingat, di alam semesta ini dikenal ada 4 cara partikel saling berinteraksi: gravitasi, elektromagnetik, interaksi kuat, dan interaksi lemah, yang penjelasannya di luar cakupan artikel ini (semoga suatu saat bisa kita bahas bersama). Sekarang dipahami bahwa simetri kiri dan kanan selalu dilanggar pada proses fisika yang melibatkan interaksi lemah.

Bahan bacaan:

Penulis:
Zainul Abidin, dosen STKIP Surya, alumnus College of William & Mary, Amerika Serikat.
Kontak: zxabidin(at)yahoo(dot)com.