Apa itu Simetri dalam Fisika?

Apa itu Simetri dalam Fisika?

Read Also

Sains yang Disederhanakan: Apa Itu Energi Hidrogen?

06 Apr 2024

Dalam fisika, simetri mengacu pada perilaku partikel saat ruang, waktu, atau bilangan kuantum dibalik. Kita terbiasa melihat jenis simetri sederhana dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, wajah manusia sangat simetris saat dipantulkan dari kiri ke kanan. Namun, wajah sama sekali tidak simetris saat dipantulkan dari atas ke bawah—setengah bagian atas wajah tidak terlihat sama dengan bagian bawah. Perubahan kecil dapat merusak simetri. Misalnya, wajah dengan tahi lalat di satu pipi akan merusak simetri kiri-kanan.

Simetri dalam fisika tidak hanya tentang penampilan dan bentuk. Hal ini berbeda dengan simetri dalam biologi, yang sering kali merujuk pada simetri ketika membahas tentang bagaimana organisme terlihat dan bagaimana tubuh mereka tersusun.

Simetri dalam fisika dapat merujuk pada hukum alam yang kebal terhadap perubahan identitas atau sifat partikel elementer tertentu. Simetri juga dapat berarti perubahan dalam apa yang mungkin tampak sebagai deskripsi matematika abstrak tentang alam.

Permukaan jam merupakan contoh transformasi paritas. Penampakan dan perilaku permukaan jam jika sistem koordinat dibalik merupakan uji simetri. Gambar ini menunjukkan bagaimana tampilan dan cara kerja jam jika dipantulkan di cermin. Kredit: Nathan Clarke, Department of Energy Office of Science

Read Also

Ketua Bank Pembangunan Afrika mengkritik pinjaman buram yang terkait dengan sumber daya alam Afrika

12 Mar 2024

Simetri sering kali merujuk pada bagaimana alam berperilaku ketika partikel ditukar dengan antipartikelnya (disebut “konjugasi muatan”), ketika koordinat dibalik seperti di cermin (disebut “inversi paritas”), atau ketika waktu dibalik (memutar “film” secara terbalik). Fisikawan menyebut ketiga simetri ini C (untuk muatan), P (untuk paritas), dan T (untuk waktu). Yang disebut simetri CPT bersifat diskret—terjadi secara bertahap.

Fisikawan membandingkan simetri diskret dengan simetri kontinu, di mana tidak ada langkah-langkah di antara perubahan simetri. Salah satu contohnya adalah simetri rotasi seperti memutar lingkaran. Tidak seperti kasus memutar persegi, tidak ada titik di mana memutar lingkaran merusak simetri.

Bagi para ilmuwan, simetri translasi dalam ruang dan waktu sangatlah penting. Simetri translasi berarti hukum alam yang diukur oleh satu orang pada satu waktu dan di satu tempat tidak akan berubah jika diukur oleh orang lain pada waktu dan tempat lain. Tanpa simetri ini, ilmu fisika dan hukum alam universal tidak akan berfungsi. Dengan kata lain, simetri dalam ruang dan waktu adalah yang membuat eksperimen dapat direproduksi dan sains menjadi mungkin.

Memahami simetri dan simetri yang rusak penting untuk memahami sifat fisik materi dan alam semesta kita.

Banyak kemajuan dalam fisika selama beberapa ratus tahun terakhir didasarkan pada pengakuan yang semakin meningkat akan pentingnya simetri dalam menghasilkan teori-teori alam. Jika para ilmuwan dapat dengan tepat menyimpulkan simetri mana yang valid, mereka dapat mempelajari lebih lanjut tentang jenis-jenis hal yang mungkin terjadi di alam, khususnya dengan partikel-partikel subatomik. Banyak teori yang berupaya untuk memperbaiki model standar fisika partikel bergantung pada simetri sebagai prinsip panduan. Misalnya, teori supersimetri mengusulkan bahwa semua partikel dalam Model Standar memiliki pasangan simetris. Atau, jika para ilmuwan mengamati simetri yang rusak ketika mereka tidak menduganya, temuan itu dapat menunjukkan kemungkinan cara-cara baru bagi alam untuk berperilaku. Itu dapat mencakup partikel-partikel baru dan gaya-gaya baru.

Fakta Singkat

• Penemuan pelanggaran paritas dalam peluruhan beta merupakan penemuan mendalam, yang mengarah pada pemahaman mendasar tentang alam semesta dan sifat-sifat neutrino.
• Pertimbangan simetri memainkan peran penting dalam pengembangan teori relativitas umum dan mekanika kuantum. Albert Einstein adalah salah satu orang pertama yang secara eksplisit menempatkan simetri sebagai pertimbangan utama dalam mengembangkan teori, meskipun pertimbangan tersebut telah digunakan secara implisit dalam pengembangan teori gravitasi Isaac Newton dan teori listrik dan magnet James Clerk Maxwell.
• Emmy Noether menemukan hubungan mendalam antara keberadaan simetri berkelanjutan dan hukum kekekalan pada tahun 1918. Kekekalan energi, misalnya, secara intrinsik terkait dengan simetri translasi waktu dan kekekalan momentum terkait dengan simetri translasi spasial.

Kantor Ilmu Pengetahuan DOE: Kontribusi terhadap Studi Simetri

Pencarian simetri fundamental alam adalah pertanyaan yang begitu mendalam dan luas sehingga melibatkan fisikawan dengan keahlian berbeda dari empat program di Departemen Energi Kantor Sains.

Program-program ini meliputi Ilmu Energi Dasar (BES), Fisika Energi Tinggi (HEP), Fisika Nuklir (NP), dan Penelitian Komputasi Ilmiah Lanjutan (ASCR).

BES mendukung teknik untuk mensintesis dan mengkarakterisasi material baru pada tingkat atom. Material ini sering kali menunjukkan simetri yang rusak sehingga menghasilkan pemahaman ilmiah yang lebih mendalam dan fungsionalitas baru dengan dampak potensial bagi misi energi DOE.

NP mendukung fisikawan yang menggunakan teknik canggih untuk mencari simetri yang rusak pada neutron, proton, dan berbagai isotop nuklir. NP juga mendukung upaya untuk mencari peluruhan nuklir yang belum teramati yang dikenal sebagai peluruhan beta ganda tanpa neutrino. Pengamatan peluruhan ini akan menunjukkan materi yang diciptakan di laboratorium tanpa antimateri penyeimbang, simetri rusak yang penting untuk memahami mengapa alam semesta memiliki cukup materi di dalamnya agar kita bisa eksis.

HEP mendukung fisikawan yang mencari cara agar simetri dapat dilanggar dengan menggunakan Eksperimen Neutrino Bawah Tanah, Large Hadron Collider, dan eksperimen lainnya. Sementara itu, ASCR mendukung teori komputer, perangkat keras, dan ilmuwan perangkat lunak yang dibutuhkan untuk melakukan dan menafsirkan eksperimen yang kaya data tersebut.

Sumber Daya dan Situs Terkait