MAKALAH

RADIOAKTIVITAS

PARTIKEL ELEMENTER

Disusun Oleh :

Kelompok 7/ Pendidikan IPA B 2013

1. Deassy Laily Paramita

(13030654043)2. Citra Sri Rahayu (13030654065)

3. Faroh Novianti M.

(13030654067)

4. Dwi Rahmawaty

(13030654073)

S1 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN IPA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2015

DAFTAR ISI

HALAMAN DEPANiDAFTAR ISIiiBAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang1B. Rumusan Masalah1C. Tujuan1D. Manfaat

BAB II PEMBAHASAN

BAB III PENUTUP

A. Kesimpulan

B. Saran

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

BAB II

PEMBAHASANA. Pengertian Partikel ElementerPartikel elementer merupakan partikel yang strukturnya tidak diketahui, sehingga tidak diketahui apakah partikel itu tersusun dari partikel tunggal atau gabungan partikel lain (partikel komposit). Tetapi pada kenyataanya, partikel-partikel elementer merupakan unsur pokok yang membangun materi.B. Klasifikasi Partikel ElementerPartikel elementer dapat klasifikasikan berdasarkan nilai spinnya atau berdasarkan interaksi yang mempengaruhi. Berdasarkan perbedaan nilai spinnya partikel elementer dapat dibedakan menjadi partikel fermion (spin pecahan) dan partikel boson (spin bulat). Pada umumnya materi tersusun atas fermion dan boson. Lepton dan quark termasuk dalam keluarga fermion sedangkan pada keluarga boson terdapat partikel gauge bosons serta higgs bosons. Sedangkan berdasarkan interaksi yang mempengaruhi, partikel elementer dapat dibedakan menjadi partikel hadron, yang dipengaruhi interaksi kuat, interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik, sedangkan partikel lepton dipengaruhi oleh interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik.1. Partikel Fundamental Fermions (Materi- Antimateri)Suatu partikel dikatakan sebagai fermion identitas jika memiliki spin setengah bilangan bulat dan fungsi-fungsi gelombang dari kedua gelombang berubah ketika saling bertukaran. Yang termasuk ke dalam keluarga fermion yaitu quark, lepton, dan baryon.

a) LeptonLepton merupakan partikel elementer yang paling sederhana yang tidak terdapat petunjuk adanya struktur internal, bahkan tidak ditemukannya ukuran dalam ruang. Partikel ini hampir mendekati partikel-titik. Yang termasuk ke dalam keluarga lepton yaitu elektron dan neutrino.

Elektron adalah partikel elementer yang pertama, yang teorinya diusulkan oleh Dirac. Teori tersebut menyebutkan bahwa didapatkannya persamaan gelombang untuk partikel bermuatan dalam medan elektromagnetik dengan memasukkan efek relativitas khusus. Ketika massa dan muatan elektron hasil pengamatan dimasukkan dalam solusi yang sesuri dengan persamaan tersebut, momentum sudut elektron didapatkan 1/2h spinnya 1/2 dan momen magnetiknya didapatkan eh/2m, atau magneton Bohr. Namun, ramalan Dirac tidak sesuai dengan eksperimen. Dalam eksperimennya, Dirac menemukan elektron positif yang biasanya disebut dengan positron. Positron tersebut sering disebut dengan anti-partikel dari elektron, karena positron dapat bergabung dan musnah bersama elektron. Anti-partikel dari suatu partikel mempunyai massa, spin dan umur yang sama, tetapi muatannya (jika ada) berlawanan dan penjajaran atai anti-penjajaran antara spinnya dan momen magnetiknya selalu berlawanan dengan partikelnya.Begitu juga neutrino, neutrino memiliki anti-neutrino. Keduanya memiliki perbedaan khusus, yaitu terletak pada arah geraknya. Neutrino memiliki arah gerak yang berlawanan dengan arah gerak jarum jam, sedangkan antineutrino memiliki arah gerak yang searah dengan arag gerak jarum jam. Dua anggota lain dari keluarga lepton adalah muon. Muon merupakan hasil peluruhan pion. Selain meluruh menjadi mion, pion juga meluruh menjadi neutrino. Namun, neutrino ini berasal dari peluruhan beta. Tabel 1. Data Partikel Keluarga Lepton

b) Quark

Quark merupakan bagian terkecil dari hadron yang mempunyai pecahan muatan dan sifat yang disebut dengan warna yang menyebabkan interaksi kuat. Hadron sendiri merupakan partikel berinteraksi kuat. Quark pada hakikatnya merupakan partikel-titik yang tidak memiliki struktur internal, tetapi berlainan dengan lepton dan bahkan berlainan dengan partikel lain dalam alam diduga memiliki muatan listrik pecahan.

Terdapat beberapa jenis quark, dan dipercaya terdapat paling sedikit enam flavor, yang disebut up, down, stange, charmed, bottom, dan top. Setiap flavor terdiri dari tiga warna, yakni merah, hijau dan biru. Perlu ditekankan bahwa istilah-istilah seperti flavor dan khususnya warna hanya merupakan label atau pengenal saja. Quark jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak sehingga tidak akan memiliki warna dalam keadaan yang sebenarnya. Proton dan netron terdiri dari tiga quark dengan warna yang berbeda. Proton tersusun atas dua quark up dan satu quark down, sedangkan netron tersusun dari dua quark down dan satu quark up. Tiga quark semula diberi label u untuk up, d untuk down, dan s untuk strange. Partikel dan antipartikelnya diberi muatan sebagai berikut:

Muatan partikel Muatan anti partikel

u : +2/3e u: - 2/3 e

d : - 1/3 e d : +1/3 e s : - 1/3 e s : +1/3 e Tabel 2. Data Partikel Keluarga Quark

Sifat Tiga Generasi Quark dan Lepton

Masing-masing quark memiliki bilangan barion B 1/3 dan masing-masing antiquark memiliki bilangan barion B= -1/3. Sebuah barion terdiri dari 3 Quark, sehingga memiliki B= +1, dan antibarion terdiri dari 3 antiquark, sehingga B= -1; meson terdiri dari satu quark dan satu anti-quark, sehingga B= 0. Quark semuanya memiliki paritas genap dan spin 1/2.

GenerasiQuarkSimbolMuatan, eKeanehanPesona

1Ke atasu(+ )00

Ke bawahd(- )00

2Pesonac(+ )01

Keanehans(- )-10

3Puncakt(+ )00

dasarb(- )00

GenerasiLeptonSimbolMuatan, e

1Elektrone--1

e-Neutrinove0

2Muon--1

-Neutrinov 0

3Tau --1

-NeutrinoV0

c) Baryon Baryon adalahfermion hadron, yaitu fermion yang mengambil peran dalam interaksi nuklir kuat, dan luruh menjadi nukleon dengan radiasi emisi meson. Sehingga semua baryon harus memiliki masa lebih besar daripada atau samadengan masa proton. Mencakup hyperon dan nukleon. Hyperon mencakup omegon, xion, sigmon, dan lamdon. Sedangkan nukleon mencakup neutron dan proton. Masing-masng dengan anti-partikel. Baryon memiliki idetitas, nomor baryon [B], satu untuk baryon [B = 1] dan minus atau untuk anti-baryon [B = 1]. Sehingga untuk semua partikel non-baryon adalah nol [B = 0]. Total nomor baryon memenuhi konservasi dalam interaksi nuklir kuat. Baryon terdiri dari 3 kuark, masing-maisng dengan nomor bariyon 1/3 [B = 1/3], dan anti-baryon terdiri dari 3 anti-kuark, masing-masing dengan nomor bariyon 1/3 [B = 1/3].

Tabel 3. Data beberapa partikel komposit

2. Partikel Fundamental BosonSuatu partikel dikatakan boson jika memiliki spin bilangan bulat dan fungsi-fungsi gelombang dari kedua partikel tidak berubah ketika saling bertukaran. Meson dan Gauge boson adalah termasuk keluarga boson. a) Meson

Meson didefinisikan sebagai partikel yang dipengaruhi interaksi kuat dan mempunyai nilai bilangan barion 0, meson termasuk keluarga boson yang mempunyai spin bulat. Meson merupakanboson hadron, yaitu boson yang mengambil peran dalam interaksi nuklir kuat. Mencakup meson H dan meson L. Meson H mencakup eton, chion, dan kaon. Meson L mencakup pion. Meson terdiri dari pasangan kuark dan anti-kuark. Karena meson terdiri dari kuark sebagai subpartikel, mereka juga dapat mengambil peran dan interaksi nuklir lemah. Sedangkan meson bermuatan dengan sendirinya terlibat dalam interaksi elektromagnetik. Meson disubklasifikasikan berdasarkan pada kuark penyusunya, momentum angular total, paritas, paritas C, dan paritas G. Meson tak dihasilkan dalam keluruhan radioativitas, tapi secara alami dalam interaksi energi tinggi antar partikel berkomposisi kuark di radiasi kosmik. b) Gauge BosonTeori fisika partikel dari elektromagnetik meliputi prediksi-prediksi persamaan Maxwell serta efek kuantumnya (teori elektromagnetik kuantum). Yang termasuk ke dalam gauge boson misalnya foton, gluon, dan graviton. Foton adalah sebuah kuantum dari gaya elektromagnetik dan sebagai mediator/perantara pertukaran partikel. Sebuah elektron masuk daerah interaksi mengemisikan sebuah foton dan foton kemudian merambat ke elektron yang lain, mengkomunikasikan gaya elektromagnetik, kemudian lenyap. Melalui pertukaran ini (foton bertransmisi), foton memediasi sebuah gaya dan menyampaikan informasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Keberadan foton sebagai boson gauge mendorong P. Dirac, R. Feynman dan J. Schwinger serta S.I. Tomonaga untuk mengembangkan teori mekanika quantum dari foton dan melahirkan sebuah teori elektrodinamika kuantum (QED = Qantum Electrodynamics). Teori elektrodinamika kuantum (QED = Qantum Electrodynamics) meliputi semua prediksi dari teori elektromagnetik klasik serta kontribusi partikel (kuantum) terhadap proses fisika, yakni interaksi yang dihasilkan oleh pertukaran partikel-partikel kuantum. QED menjelaskan bagaimana pertukaran foton menghasilkan gaya elektromagnetik, dua elektron masuk daerah interaksi yang kemudian terjadi pertukaran sebuah foton. Kemudian dua elektron muncul dengan lintasan resultannya (sebagai contoh, kecepatan dan arah gerak) dipengaruhi oleh gaya elektromagnetik yang dikomunikasikan.Tidak semua proses QED meliputi foton yang kemudian lenyap (sebagai partikel internal) ada juga sebuah proses riil yaitu melibatkan foton eksternal, partikel yang masuk atau meninggalkan suatu daerah interaksi. Partikel-partikel seperti ini seringkali dibelokkan dan dapat pula berubah menjadi partikel lain. Partikel-partikel yang masuk atau meninggalkan suatu daerah interaksi merupakan partikel-partikel fisis riil yang diketahui sebagai boson gauge, yang akan merespon untuk mengkomunikasikan gaya tertentu. Karena tidak bermassa, jangkauan potensial elektromagnetiknya tidak berhingga, atau dapat dikatakan besar energi potensial berbanding terbalik dengan jarak. Contoh lain boson gauge adalah boson lemah (weak boson) dan gluon, masing-masing mengkomunikasikan gaya lemah dan gaya kuat.Gluon merupakan energi interaksi kuat yang menyatukan materi dengan gaya-gaya fisika. Misalnya ketika pembentukan meson, quark terikat bersama dengan adanya gaya nuklir kuat yang berasal dari gluon. Gluon ini juga membawa muatan warna ketika berinteaksi dengan materi.

W+, W, and Z0 boson merupakan energi yang menyebabkan interaksi lemah. W dikenal dalam peluruhan nuklir, W mengubah neutron menjadi proton kemudian meluruh menjadi sebuah elektron dan elektron pasangan antiineutrino, dan Z0 tidak mengubah muatan melainkan mengubah momentum dan mekanisme elatis hamburan neutrino. Foton yang tak bermassa menengahi interaksi elektromagnetik.

Graviton adalahpartikel boson non-hadron hipotetikyang dianggap bertanggungjawab atas efek gravitasi. Dalam kuantum gravitasi, graviton adalah kuantum radiasi gravitasional, dengan masa-diam nol, muatan netral, dengan anti-partikel adalah dirinya sendiri, karena gravitasi adalah monopol atau kutub tunggal, dan dengan spin 2. Penetapan spin graviton adalah berdasarkan pada energi stress-tensor, tensor peringkat dua, dibandingkan dengan tensor peringkat 1 pada energi elektromagnetik foton sebagai boson dengan spin 1. C. Gaya atau Interaksi Alamiah Alam SemestaPartikel pembawa gaya dapat dikelompokkan empat kategori menurut kekuatan gaya yang dibawanya dan interaksinya dengan partikel jenis tertentu. Empat interaksi tersebut adalah interaksi/gaya gravitasi (gravitational interaction), interaksi elektromagnetik (electromagnetic interaction), interaksi lemah (weak interaction), dan interaksi kuat (strong interaction). Setiap interaksi memiliki paertilkel pembawa interaksi khusus, yang hanya bisa bekerja spesifik pada interaksi tertentu.

Yang pertama adalah interaksi gravitasi. Interaksi ini bersifat universal artinya bahwa setiap partikel merasakan gaya gravitasi yang besarnya bergantung pada massa atau energinya. Gravitasi merupakan yang terlemag dari keempat interaksi tersebut. Gravitasi dapat menjangkau jarak yang jauh dan selalu bersifat menarik. Interaksi gravitasi membuat benda jatuh ke tanah dan juga pergerakan planet dan galaksi. Semakin masif benda maka semakin besar merasakan interaksi gravitasi. Sebaliknya bertambah jauh jarak dua benda makin semakin berkurang interksi gravitasi yang bekerja. Oleh karenanya pada skala mikroskopis interaksi ini diabaikan. Interaksi ini dijelaskan oleh Teori Relativitas Umum Einstein. Partikel pembawa interaksi gravitasi adalah graviton.

Kedua, disebut interaksi elektromagnetic yang berinteraksi dengan partikel-partikel bermuatan listrik seperti elektron, proton, quark, namun tidak berinteraksi dengan partikel-partikel tak bermuatan listrik seperti graviton dan netron. Interaksi ini jauh lebih kuat dari gaya gravitasi. Interaksi elektromagnetik menyebabkan semua fenomena menyangkut listrik dan magnetik. Interaksi elektromagnetik dijelaskan oleh quantum electrodynamics dimana Feynman, Schwinger dan Tomonaga mendapat hadiah nobel tahun 1965. Partikel pembawa interaksi elektromagnetik adalah foton.

Ketiga, adalah Interaksi nuklir lemah yang dibutuhkan oleh radioaktivitas. Pada tahun 1967 Abdus Salam dan Steven Weinberg mengemukaan teori yang memadukan interaksi nuklir lemah dan elektromagnetik memadukan kelistrikan dan kemagnetan . Beliau berpendapat bahwa selain foton, terdapat tiga partikel yang secara bersama-sama membawa gaya lemah (W+, W-, Z).

Terakhir adalah Interaksi kuat, yang juga terjadi pada subatomik dan hanya dirasakan oleh Quark. Nobel Fisika 2004 adalah tema tersebut. Dimana terdapat temuan tentang gluon sebagai exchange particle dalam interaksi kuat. Temuan ini memulai sebuah teori baru dalam teori medan kuantum (Quantum Chromodynamic), teori khusus untuk mempelajari fenomena dalam interaksi kuat.

Tabel 4. Data Partikel Pembawa Gaya

D. Grand Unified TheoryKeberhasilan penggabungan interaksi/gaya nuklir lemah dan gaya elektromagnetik membangkitkan adanya usaha untuk menggabungkan kedua gaya tersebut dengan gaya nuklir kuat menjadi teori paduan agung (Grand Unified Theory/GUT). Ide dasar teori paduan agung adalah bahwa gaya nuklir kuat menjadi lebih lemah pada energi tinggi. Sebaliknya gaya nuklir lemah dan gaya lektromagnetik menjadi semakin kuat pada energi yang tinggi. Pada suatu energi sangat tinggi yang disebut energi paduan agung, ketiga gaya tersebut akan memiliki kekuatan yang sama dan karena itu dapat dipandang sebagai aspek yang berbeda dari sebuah gaya tunggal. Banyak versi tentang Grand Inified Theory, tetapi belum ada verifikasi final. Pembuktian kesahihan GUT antara lain berasal dari peluruhan proton yang meluruh dengan sendirinya atau secara spontan.

GUT dianggap belum lengkap, karena hanya menggabungkan tiga interaksi dari empat interaksi yang ada di alam semesta. Oleh karenanya muncul kemudian ide untuk menggabungkan keempat interaksi alamiah tersebut yang kemudian disebut dengan Theory of Everything (TOE).

Theory of everything ditafsirkan dalam banyak versi diantaranya adalah supersimetri dan superstring/supertali. TOE mempunyai makna sebuah teori kemanunggalan agung yang menggabungkan semua teori yang ada menjadi hanya sebuah teori terpadu yang kemudian diekspresikan dalam bentuk persamaan.

Ide superstring dicetuskan antara lain oleh John Schwarz dari Institut Teknologi Kalifornia dan Michael Green. Superstring adalah teori tentang semesta berdimensi sepuluh dimana penyusunan dasar materi dan energi bukanlah berupa titik melainkan tali-tali superkecil (string). Tali-tali tersebut apabila 1033 tali dijajarkan panjangnya kira-kira hanya satu meter. Untuk menguji prakiraan eksperimental teori superstring, seseorang harus mampu melakukan proses matematika yang disebut dengan kompaktifikasi, yaitu proses mereduksi teori sepuluh dimensi menjadi dunia nyata empat dimensi (tiga dimensi ruang satu dimensi waktu).

Untuk memastikan apakah teori superstring akan menjadi Theory of everything masih dibutuhkan waktu yang lama. Penelitian-penelitian terus dilakukan untuk kemudian menemukan Theory of everything.

BAB III

PENUTUP

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Partikel Elementer. (Online) http://repository.usu.ac.id/ bitstream/123456789/29496/4/Chapter%20II.pdf. Diakses pada 22 Mei 2015 pukul 19.30 WIB.

Anonim. 2012. Partikel Elementer. (online) http://ilmunuklir.wordpress. com/tag/partikel-elementer/. Diakses pada 22 Mei 2015 pukul 16.00 WIB.Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern, Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga.J. Ostdiek, Vern dan Donald J. Bord. Inquiry Into Physics, Sixth edition. Jakarta: Erlangga.Mulyono, Agus. 2011. Partikel Elementer dan Interaksi Alamiah. (Online) http://saintek.uin-malang.ac.id/wp-content/uploads/2013/09/Partikel-Elementer-dan-Interaksi-Alamiah.pdf. Diakses pada 22 Mei 2015 pukul 20.00 WIB.Tabel data partikel keluarga lepton.

Sumber: https://ilmunuklir.files.wordpress.com/2012/03/partikel-001.jpg

Tabel data partikel keluarga quark.

Sumber: HYPERLINK "https://ilmunuklir.files.wordpress.com/2012/03/partikel-002.jpg" https://ilmunuklir.files.wordpress.com/2012/03/partikel-002.jpg

Tabel data partikel komposit.

Sumber: https://ilmunuklir.files.wordpress.com/2012/03/partikel-003.jpg

Tabel data partikel pembawa gaya.

Sumber: https://ilmunuklir.files.wordpress.com/2012/03/partikel-004.jpg