LHC

Large Hadron Collider - LHC : Awal dari sebuah Akhir ?

LHC (Large Hadron Collider) di pusat akselerator dunia, CERN di pinggiran kota Genewa berbatasan dengan Perancis, menjadi bintang berita iptek hari ini (10/9). Hal ini terkait dengan saat pertama LHC dijalankan secara resmi. Bahkan bagi pecandu Google, pasti menyadari perubahan logo baru Google dengan animasi akselerator.

Kehebohan ini mengingat LHC merupakan ‘proyek mercusuar’ iptek modern di era global dengan melibatkan seperlima negara di dunia dan jumlah kolaborasi ribuan personil dari beragam bidang. Proyek ini menghabiskan ‘pengeluaran langsung’ sebesar $ 60 milyar ! Ini belum termasuk pengeluaran tidak langsung seperti biaya komputasi dan sebagainya yang dilaksanakan di luar LHC tetapi dilakukan secara berkelanjutan selama eksperimen berjalan. Sebagian besar biaya tersebut ditanggung oleh negara-negara Uni Eropa dan 6 negara lain seperti Amerika, Rusia, Jepang, Cina, Taiwan dan Kanada. Ditambah beberapa negara partisipan kecil : Israel, Iran, Korea dan lain-lain.

Skala LHC disumbangkan oleh terowongan berdiameter 3,8 m dengan total panjang 27 km berbentuk lingkaran 50–175 m di bawah tanah seperti gambar diatas. Di dalam terowongan tersebut dipasang pipa hampa udara dengan magnet berdaya super di sekelilingnya. Supermagnet sebanyak 1232 buah ini berfungsi untuk membelokkan proton (salah satu jenis hadron) yang ditembakkan dari dua arah yang berlawanan, dan bertumbukkan di satu titik untuk menghasilkan ‘pecahan-pecahan’ partikel yang lebih elementer. Tanpa medan magnet super, proton yang bermuatan tidak akan bisa dibelokkan agar tetap berada di lintasan yang berbentuk lingkaran tersebut. Pipa hampa udara diperlukan untuk menghilangkan kemungkinan interaksi proton dengan molekul gas yang akan ‘mengotori’ hasil pengamatan atas tumbukan kedua proton di detektor. Untuk menghasilkan medan magnet super ini digunakan superkonduktor guna mencapai efisiensi daya listrik. Teknologi supermagnet dan superkonduktor ini merupakan akumulasi teknologi tinggi yang telah diperoleh dari eksperimen berbasis akselerator yang sudah dilakukan di berbagai belahan dunia, dan malah telah diaplikasikan sebagai teknologi maju di kereta api magnet dan sebagainya.

Hasil tumbukan proton-proton dari kedua arah tersebut akan ditangkap oleh detektor-detektor super beresolusi tinggi di 4 grup eksperimen, CMS, ATLAS, ALICE dan LHCb. Empat grup eksperimen ini memiliki tujuan untuk melihat aspek yang berbeda dari hasil tumbukan.

Untuk menjalankan fasilitas semacam LHC diperlukan konsumsi energi yang luar biasa. Setidaknya untuk menjalankan cryogenics yang berfungsi sebagai pendingin supermagnet diperlukan listrik sebesar 27,5 MW ! Sedangkan untuk detektor di empat grup eksperimen diperlukan total 22 MW. Daya listrik sebesar ini harus tersedia tanpa jeda selama eksperimen berlangsung. Gangguan di tengah periode eksperimen berakibat pengulangan dari awal. Tidaklah mengherankan bila CERN memiliki pusat pembangkit tersendiri sebanyak dua buah, dimana salah satunya sebagai cadangan.

Skala LHC juga ditunjukkan oleh sistem komputasi yang dipakai. Kebutuhan komputasi dengan kecepatan dan kapasitas raksasa di LHC merupakan pemicu utama pengembangan teknologi komputasi paralel berbasis GRID. GRID merupakan komputasi paralel yang disusun dari komputer-komputer paralel di berbagai belahan dunia yang terhubung melalui koneksi pita super lebar. Salah satu tulang punggung utama adalah koneksi langsung dengan kapasitas 10 Gbps antara komputer paralel di CERN dan SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) di Amerika. Komputasi berkinerja tinggi diperlukan untuk mengolah data hasil tumbukan yang berjumlah sangat besar secara waktu nyata. Tanpa ini akan diperlukan kapasitas penyimpanan yang sangat besar yang tidak akan bisa dipenuhi oleh teknologi penyimpanan data saat ini ! Ini sangat berbeda dengan kebanyakan akselerator yang telah ada, dimana data mentah selalu disimpan terlebih dahulu untuk kemudian diolah dan dipilah setelahnya.

Target utama LHC

Mengapa LHC begitu penting dan berskala raksasa ?

LHC ditargetkan untuk menguak misteri alam semesta melalui penemuan partikel elementer terakhir prediksi teori partikel yang sejauh ini belum ditemukan keberadaannya. Partikel ini disebut sebagai Higgs, sesuai nama fisikawan partikel teori yang memodelkannya di era 70-an. Partikel ini memegang peranan sebagai media perusak simetri untuk menghasilkan massa 16 partikel elementer yang lain yang telah dibuktikan keberadaannya. Kepastian atas keberadaan partikel Higgs ini akan menutup skenario teori partikel standar modern. Dilain pihak, kepastian akan ketiadaan Higgs akan memicu era baru di komunitas teori fisika partikel, seperti terjadi di dekade 70-an saat teori partikel standar baru dibangun. Karenanya, dalam konteks ini, konfirmasi atas ketiadaan Higgs justru ‘diharapkan’ oleh banyak sivitas di komunitas ini. Tanpa eksistensi Higgs, ekstensi teori partikel terpopuler yang disebut supersimetri akan kehilangan pijakannya. Target eksperimen ini menjadi bagian dari grup CMS dan ATLAS.

Berlawanan dengan teori partikel, LHC akan memberikan pijakan awal bagi teori astrofisika. Dengan skala energi yang bisa dicapai oleh LHC, untuk pertama kalinya manusia mampu mereproduksi proses terjadinya alam semesta sejak era big-bang seperti telah diprediksi oleh Hawking dkk. Karena LHC mampu melihat plasma dengan suhu dan kepadatan tinggi yang dihasilkan dari tumbukan proton. Plasma ini merupakan keadaan dari alam semesta segera setelah big-bang sebelum kemudian mendingin dan membentuk struktur-struktur baru berbasis materi nuklir seperti kita kenal saat ini. Eksperimen ini menjadi bagian dari grup ALICE.

Apa yang terjadi bila semua prediksi diatas tidak berhasil diamati ? Itulah yang disebut komunitas fisika partikel sebagai mimpi buruk. Mimpi buruk bagi komunitas eksperimen partikel karena membangun fasilitas eksperimen baru dengan kemampuan lebih besar sudah hampir mustahil, baik secara teknis dan terlebih finansial. Bencana juga bagi komunitas teori partikel yang akan kehilangan ‘petunjuk’ untuk mengembangkan teori yang sudah ada. Tentu saja kita hanya bisa menunggu konklusi final yang akan dilaporkan LHC setelah satu tahun pertamanya di akhir 2009 !