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

Melihat Muon Si Partikel Hantu

Ada banyak “hantu” di sekitar kita, lo! Masak sih? Kok jadinya serem! Jangan khawatir, hantu yang dimaksud di sini adalah partikel-partikel yang bersifat seperti hantu. Mereka eksis tetapi tidak kita rasakan. Penggemar fisika partikel mungkin sudah mengenal neutrino sebagai salah satu partikel hantu dalam konteks ini. Namun, sekarang kita akan bahas partikel yang lain, yakni muon.

Muon adalah partikel yang ditemukan oleh Carl Anderson dan Seth Neddermeyer pada tahun 1936. Muatan muon sama persis dengan muatan elektron, namun massanya 200 kali lipat massa elektron. Muon tercipta dalam jumlah yang banyak di atas atmosfer bumi akibat tumbukan sinar kosmis dengan atmosfer. Berbeda dengan elektron, proton dan neutron, muon tidak umum dijumpai di sekitar kita. Alasannya, muon meluruh dengan sangat cepat, sekitar 2 mikrodetik.

Seharusnya muon yang tercipta di atmosfer sudah meluruh setelah menempuh jarak 600 meter sehingga muon tidak dapat dilihat di permukaan bumi. Namun, sebagai akibat dilasi waktu yang termaktub dalam teori relativitas Einstein, muon akan memerlukan waktu lebih lama lagi untuk meluruh sehingga ada sekitar sebuah muon yang melewati setiap 1 cm2 permukaan bumi setiap menitnya.

Ada sekitar puluhan muon melintasi tubuh kita setiap detiknya, tetapi mengapa kita tidak merasakannya? Jawabannya karena muon hanya sedikit sekali berinteraksi dengan tubuh kita sehingga kita tidak merasakannya. Namun, dengan menggunakan sebuah kamera, kita masih bisa melihat jejak dari muon.

Ada banyak kamera yang bisa digunakan untuk menangkap foto dari muon, asalkan kamera tersebut dapat mengambil gambar dengan eksposur yang sangat lama. Ukuran dari CCD sebuah kamera adalah sekitar 1 cm2. Dengan demikian, jika kita ingin satu buah muon melewati CCD tersebut, kita butuh eksposur sekitar satu menit.

Mari kita coba “menangkap” muon dengan kamera kita (penulis menggunakan Canon 450D). Langkah-langkah yang dilakukan untuk menangkap gambar muon yang baik adalah:

  • Eksposur yang lebih lama dengan fitur bulb.
  • Kualitas gambar diset maksimum.
  • Sensitivitas diset pada ISO 1600.
  • Pada bagian menu, terdapat Custom Functions, nyalakan Long exp. noise reduction.
  • Live view dimatikan.
  • Tutup kamera dipasang.
  • Kamera dinyalakan selama tiga menit (atau lebih) dengan arah ke atas.

Karena tutup kamera dipasang, gambar yang terlihat sepintas semestinya adalah gelap total. Perhatikan dua gambar gelap berikut ini yang diperoleh dengan kamera Canon 450D.

Dua gambar yang diambil dengan tutup kamera dipasang.

Eksperimen macam apa ini? Konyol sekali rasanya. Eits, jangan kecewa dulu. Coba teman-teman lakukan langkah pengambilan gambar yang sama, kemudian perbesar kedua gambar gelap itu yang teman-teman ambil sendiri. Kalau diperhatikan baik-baik, sebetulnya ada bercak warna-warni pada gambar pertama maupun gambar kedua.

Hasil crop gambar pertama pada beberapa lokasi tertentu setelah diperbesar menampilkan bercak-bercak. Ukuran setiap gambar adalah 20 piksel × 20 piksel.

Hasil crop gambar kedua pada beberapa lokasi tertentu setelah diperbesar menampilkan bercak-bercak. Ukuran setiap gambar adalah 20 piksel × 20 piksel.

Sebagian dari bercak ini mungkin adalah hot pixel. Hot pixel adalah fenomena ketika arus listrik bocor dan melewati sensor CCD sehingga sensor CCD mengira ada gambar yang tertangkap. Namun, sebagian besar hot pixel sudah dikurangi dengan pilihan Long exp. noise reduction. Alhasil, sebagian dari pixel yang berwarna-warni, terutama yang berbentuk garis dan berwarna dominan putih sebetulnya adalah muon yang berinteraksi dengan sensor CCD dari kamera! Dengan menggunakan kamera biasa, kita sudah bisa melihat partikel hantu eksotis. Menarik, bukan?

Bahan bacaan:

Penulis:
Reinard Primulando, peneliti fisika partikel dan dosen di Unpar Bandung.
Kontak: reinard.primulando(at)gmail(dot)com.