4 Gaya Fundamental di Alam Semesta

Gaya Fundamental, Apa Itu?

Gaya fundamental adalah gaya paling dasar yang mengatur interaksi dan peluruhan antara partikel dari skala sub-atomik hingga astronomis. Semua hal yang terjadi secara alami di alam semesta, semua pergerakan, semua fenomena, semua proses, semuanya berakar pada salah satu dari keempat gaya fundamental ini. Keempat gaya fundamental ini yaitu gaya gravitasi, gaya nuklir lemah, gaya elektromagnetik, dan gaya nuklir kuat. Namun sebelum itu, kita harus mengetahui sedikit mengenai partikel elementer. Simak penjelasannya sebagai berikut.

gaya fundamental

Partikel Elementer dan Gaya Fundamental

Partikel Elementer
Susunan Partikel Elementer

Partikel elementer adalah partikel yang tidak tersusun oleh partikel lain. Berbeda dengan nukleon (proton dan neutron). Proton misalnya, tersusun atas partikel elementer yakni 2 quark up, 1 quark down, dan boson. Boson umumnya (tidak selalu) menjadi pembawa energi dan gaya fundamental. Gluon, foton, dan boson Z & W masing-masing bertanggung jawab terhadap interaksi dari gaya nuklir kuat, gaya elektromagnetik, dan gaya nuklir lemah. Selain itu, terdapat juga teori bahwa boson higgs berperan dalam gaya gravitasi.

Kamu bisa membaca lebih lanjut mengenai partikel elementer di Partikel Elementer.

#1 Gaya Gravitasi

Gaya gravitasi merupakan gaya fundamental yang paling lemah. Mungkin sedikit mengejutkan mengingat gaya gravitasi yang membuat bumi kita utuh, gaya gravitasi yang membuat kita kesulitan untuk ke luar angkasa, gaya gravitasi yang membuat bulan mengorbit bumi dan bumi mengorbit matahari, dan lain sebagainya. Gaya gravitasi itulah yang mengatur pergerakan objek-objek di luar angkasa. Lalu kenapa dikatakan lemah?

gaya gravitasi

Jika kita melihat dalam skala manusia, masuk akan jika kita sebut bahwa gaya gravitasi adalah gaya yang lemah. Antara kamu dengan HP, kipas, botol, atau benda apapun itu dimanapun, terdapat gaya tarik menarik antara kalian. Gaya itu adalah gaya gravitasi. Sedekat apapun kamu dengan benda tersebut, tentu kamu tidak akan merasakannya karena gaya tersebut sangat lemah, masih jauh lebih kuat gaya elektromagnetik pada magnet. Meskipun lemah, namun gaya ini dapat memengaruhi objek lain dari jarak yang tidak terbatas.

#2 Gaya Nuklir Lemah

Dari keempat gaya fundamental, gaya nuklir lemah adalah gaya yang paling sulit untuk dipahami. Gaya inilah yang menyebabkan peluruhan partikel. Artinya, gaya inilah yang menyebabkan perubahan suatu partikel sub-atomik menjadi jenis partikel sub-atomik lainnya. Misalnya, suatu neutrino yang mendekati neutron dapat mengubah neutron tersebut menjadi proton, dan mengubah neutrino tersebut menjadi elektron.

Interaksi ini digambarkan dengan terjadinya pertukaran partikel elementer pembawa gaya yang disebut boson. Jenis boson tertentu bertanggung jawab atas gaya nuklir lemah, gaya elektromagnetik, dan gaya nuklir kuat. Pada gaya lemah, boson adalah partikel bermuatan yang disebut boson W dan Z. Dalam contoh sebelumnya, saat neutrino dan neutron berjarak kurang dari 10-18 meter, mereka dapat menukarkan kedua bosonnya, mengakibatkan partikel subatomik tersebut meluruh menjadi partikel baru.

Gaya ini adalah gaya terlemah kedua setelah gaya gravitasi. Namun, kekuatannya yaitu sekitar 6×1025 kali lebih kuat dari gaya gravitasi. Tidak seperti gaya gravitasi yang rentang jarak pengaruhnya tidak terbatas, gaya ini memiliki rentang pengaruh yang pendek, hanya 10-18 m, yakni sekitar 0,1% diameter proton.

Note:
Boson sederhananya adalah partikel sub-atomik pembawa energi. Foton (partikel cahaya) adalah salah satu boson yang membawa energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik.


#3 Gaya Elektromagnetik

Gaya elektromagnetik adalah gaya yang terjadi pada partikel bermuatan listrik. Tarik menarik dan tolak menolak antar partikel yang bermuatan adalah salah satu fenomena yang disebabkan oleh gaya ini. Tarik-menarik jika memiliki muatan yang berbeda, tolak-menolak jika memiliki muatan yang sama. Fenomena umum lainnya akibat gaya ini adalah radiasi elektromagnetik dan magnet.

Gaya ini disebut juga gaya Lorentz. Gaya ini adalah gaya fundamental terkuat kedua setelah gaya nuklir kuat, yakni sekitar 6×1036 kali lebih kuat dari gaya gravitasi. Seperti halnya gaya gravitasi, gaya ini tidak memiliki jarak batas pengaruh. Artinya, dua partikel dengan jarak triliunan tahun cahaya pun dapat saling memengaruhi.

Note:
Pada awalnya, gaya listrik (electrical force) dan gaya magnet (magnetic force) merupakan dua gaya yang terpisah. Namun, kemudian diketahui bahwa keduanya saling memengaruhi dan merupakan satu kesatuan gaya yang kemudian disebut gaya elektromagnetik.

#4 Gaya Nuklir Kuat

Gaya nuklir kuat adalah gaya fundamental paling kuat diantara keempatnya, yakni sekitar 6×1039 kali lebih kuat dari gaya gravitasi. Gaya inilah yang mengikat partikel quark menjadi nukleon (proton dan neutron), serta mengikat nukleon (proton dan neutron) di inti atom. Maka dari itu, gaya ini seperti gaya yang menjadi ‘lem’ antar partikel.

Note:
Quark/kuark adalah salah satu jenis partikel fundamental. Jenis partikel fundamental ini berkaitan erat sebagai salah satu penyusun utama materi (matter).

gaya nuklir kuat
Gaya nuklir kuat membantu mengikat partikel-partikel di inti atom

Contoh fenomena akibat gaya ini adalah pada proton. Proton terdiri dari dua quark atas dan satu quark bawah. Ketiga quark tersebut diikat oleh partikel elementer pembawa gaya nuklir kuat yang disebut boson. Boson yang bertanggung jawab atas gaya fundamental ini adalah gluon (berasal dari kata “glue”, “lem”).

Sama halnya seperti gaya nuklir lemah, gaya nuklir kuat memiliki rentang pengaruh yang pendek, hanya 10-15 m, kurang lebih sejauh diameter proton.

Kesimpulan

Gaya fundamental adalah gaya paling dasar yang mengatur semua fenomena yang terjadi di alam semesta kita. Terdapat 4 gaya fundamental, dari yang terlemah yaitu gaya gravitasi, gaya nuklir lemah, gaya elektromagnetik, dan gaya nuklir kuat.

Gaya gravitasi mengakibatkan gaya tarik menarik antar objek atau partikel. Gaya nuklir lemah mengakibatkan peluruhan partikel (perubahan suatu partikel menjadi partikel lain). Gaya elektromagnetik dapat menyebabkan diantaranya terjadinya radiasi elektromagnetik, listrik, dan gaya tarik menarik dan tolak menolak antar partikel bermuatan. Gaya nuklir kuat mengikat partikel elementer menjadi partikel sub-atomik yang lebih besar dan mengikat inti atom.

Sumber dan Referensi:

  1. The Standard Model – CERN
  2. Fundamental Interaction – Britannica
  3. Strong Force – Britannica
  4. Four Fundamental Forces – Khan Academy
  5. Four Fundamental Forces – Space
  6. Fundamental Forces of Nature – Wikilectures

Tinggalkan komentar