Kemajuan dalam Riset Neutrino Mengungkap Misteri Materi Gelap

Neutrino adalah partikel yang sangat ringan dan sulit dideteksi karena jarang berinteraksi dengan materi biasa. Salah satu misteri besar dalam fisika adalah dari mana asal usul massa kecil yang mereka miliki. Teori sebelumnya mengusulkan bahwa neutrino memperoleh massanya melalui interaksi dengan materi gelap ultrarendah, yang berupa partikel sangat ringan yang bergetar layaknya gelombang di alam semesta. Para peneliti membuat model yang menghubungkan cara osilasi neutrino berubah seiring waktu dan posisi secara teori jika materi gelap mempengaruhi mereka. Kemudian mereka membandingkan model ini dengan data nyata dari eksperimen KamLAND dan eksperimen neutrino lain di seluruh dunia. Hasilnya menunjukkan bahwa pola osilasi neutrino yang diamati tidak cocok dengan pengaruh materi gelap, sehingga materi gelap kemungkinan bukan sumber utama massa neutrino. Kesimpulan ini membantu memperjelas arah penelitian di masa depan. Meskipun ini menjauhkan kita dari satu petunjuk, penelitian ini penting karena membantu menolak teori populer dan membuka jalan bagi penemuan baru melalui eksperimen dan pengamatan yang akan datang, seperti di JUNO dan DUNE.

Para ilmuwan di Max Planck Institute for Nuclear Physics berhasil mendeteksi antineutrino dari reaktor nuklir menggunakan detector kecil seberat 3 kg melalui eksperimen CONUS+. Mereka memanfaatkan proses Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering (CEvNS), di mana neutrino berinteraksi secara koheren dengan seluruh inti atom dalam detector, meningkatkan peluang terdeteksinya partikel yang sangat lemah interaksinya ini. Eksperimen dilakukan sekitar 20 meter dari inti reaktor di pembangkit listrik nuklir Leibstadt, Swiss, dengan menggunakan tiga detector germanium masing-masing 1 kg. Selama sekitar 119 hari pengukuran, para peneliti berhasil mengidentifikasi ratusan sinyal neutrino yang sesuai dengan perhitungan teoritis, memberikan bukti kuat bahwa metode ini efektif untuk mendeteksi neutrino pada energi rendah dari reaktor. Efek CEvNS sendiri telah diprediksi sejak tahun 1974 dan pertama kali diamati pada tahun 2017 di akselerator partikel, tetapi CONUS+ mencatat pengamatan pertama dari sumber reaktor. Hasil ini membuka peluang bagi penggunaan teknik CEvNS dalam pengembangan detector neutrino kecil dan portabel, berguna untuk monitoring reaktor nuklir tanpa harus menggunakan alat yang sangat besar dan kompleks. Selain aplikasi praktis, pengukuran CONUS+ juga sangat penting untuk pengujian model standar fisika partikel, membantu memahami interaksi fundamental antara neutrino dan materi serta menyingkap kemungkinan fisika di luar model saat ini. Eksperimen ini juga mengurangi ketergantungan pada aspek fisika nuklir yang sebelumnya membatasi akurasi eksperimen sejenis. Penelitian ini terus dikembangkan dengan pemasangan detector yang lebih besar dan teknologi yang lebih baik pada musim gugur 2024 dengan harapan meningkatkan akurasi pengukuran dan membuka jalan untuk penemuan baru dalam bidang neutrino dan fisika partikel secara umum.

Neutrino adalah partikel yang sangat sulit dideteksi karena tidak memiliki muatan listrik dan hampir tidak berinteraksi dengan materi. Untuk menangkap neutrino, selama ini para ilmuwan menggunakan detektor besar yang memiliki massa hingga ribuan ton agar dapat memperoleh jumlah neutrino yang cukup untuk diobservasi. Namun, sebuah tim ilmuwan telah berhasil mengembangkan detektor miniatur yang hanya berbobot beberapa kilogram yang mampu mendeteksi neutrino yang diproduksi oleh reaktor nuklir. Eksperimen ini disebut CONUS+ dan dilakukan di sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir di Liebstadt, Swiss. Detektor kecil tersebut menggunakan teknik yang disebut coherent scattering. Pada teknik ini, neutrino berinteraksi dengan seluruh inti atom secara bersamaan, sehingga inti atom sedikit bergeser atau recoiling, dan energi kecil yang dihasilkan ini dapat dideteksi. Salah satu keuntungan mendeteksi neutrino dari reaktor dengan energi rendah adalah kemampuan untuk melakukan pengujian yang lebih presisi terhadap model standar fisika. Penemuan ini juga membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut tentang neutrino dan fenomena fisika dasar lainnya. Penemuan ini dianggap terobosan penting oleh para fisikawan seperti Kate Scholberg dan Christian Buck karena menandakan bahwa detektor kecil bisa digunakan secara efektif untuk eksperimen neutrino, yang sebelumnya hanya dilakukan dengan perangkat yang sangat besar.