Teori medan gauge Latar belakang masalah

1

BAB I PENDAHULUAN

It’s a beginning . It’s an end . I leave to you the problem of ordering your perceptions and making the journey from one to the other . -- fro m Emp ire Sta r b y Sa mue l R. De la ne y

1.1 Latar belakang masalah

1.1.1 Teori medan gauge

Menurut teori medan kuantum, interaksi dua partikel berlangsung melalui pertukaran partikel perantara interaksinya. Ini seibarat dua anak kecil yang bermain riang dengan melempar-tangkapi sebuah bola pejal. Semakin ringan bola, semakin jauh jarak lemparannya; sebaliknya, semakin berat bola, semakin pendek jarak lemparannya. Untuk interaksi elektromagnetik, partikel perantaranya disebut foton. Karena jangkauannya tak terbatas, maka sejalan dengan kias bola tadi, massa foton adalah nol. Sebaliknya, karena jangkauan interaksi lemah sangat pendek, maka massa partikel perantaranya sangat besar, sekitar 80 kali massa proton. Partikel perantara ini dinamai boson-vektor W untuk weak: lemah. Gagasan partikel perantara W ini dikemukakan oleh fisikawan Swedia, Oscar Klein, pada tahun 1938. Karena muatan listrik partikel yang berinteraksi secara elektromagnetik tidak berubah, maka foton tak bermuatan listrik. Sebaliknya, pada pemancaran sinar beta, yang dikendalikan oleh interaksi lemah, inti atom berubah nomor atom, berubah muatan listrik. Ini berarti, partikel W bermuatan listrik positif maupun negatif , yang berturut-turut disebut W-plus, dan W-min. Baik partikel W maupun 2 foton, ketiga-tiganya tergolong keluarga partikel boson vektor. Karena foton secara tunggal terumuskan melalui teori elektromagnetik Maxwell, direka bahwa partikel W pun demikian. Memadukan kedua partikel W ini ke dalam satu rumusan teori medan semirip elektromagnetik ternyata tidaklah semudah yang diperkirakan. Upaya ini barulah membuahkan hasil pada tahun 1954 lewat tangan fisikawan AS keturunan Cina, Chen Ning Yang 1922-... beserta rekannya, Robert Mills [4]. Dalam rumusan ini, partikel perantara A, semirip W, tersusun dalam suatu pernyataan matriks, yakni suatu susunan petak bilangan persegi. Untuk rumusan dengan matriks petak 2 2 × , medan boson vektornya paling sedikit berjumlah 3 buah: A-plus, A-min, dan A-netral. Teori ini kemudian dikenal sebagai teori medan Yang-Mills. Baik teori medan elektromagnetik maupun Yang-Mills, kedua-duanya memiliki sifat kesetangkupan simetri gauge yang berarti, interaksi sistemnya tak berubah terhadap transformasi gauge medan foton, A, dan partikel yang berinteraksi. Ditilik dari sifat ini, kedua teori medan ini digolongkan dalam teori medan gauge. Teori medan gauge merupakan salah satu revolusioner dalam fisika, sebagai “tandingan” relativitas dan mekanika kuantum. Munculnya teori medan Yang- Mills, memberikan inspirasi untuk pertama kalinya kepada para fisikawan, bagaimana cara membangun teori yang lebih fundamental. Kesuksesan teori medan gauge Yang-Mills dalam memberikan gabungan interaksi lemah dan elektromagnetik – model Weinberg-Salam , 1 U 2 SU × dan memberikan teori fundamental interaksi kuat – Kuantum Elektrodinamika berdasarkan grup gauge SU3, membangkitkan kepercayaan umum bahwa medan gauge adalah konsep kunci dalam menjelaskan gaya fundamental dari alam ini. Kini dipahami, setiap interaksi alam diperantarai oleh suatu medan gauge. 3

1.1.2 Instanton