Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

Gaya Fundamental

Gaya fundamental atau yang sering disebut juga interaksi dasar merupakan suatu mekanisme interaksi antara satu partikel dengan partikel lainnya yang mana interaksi tersebut tidak dapat dijelaskan lagi dengan interaksi dasar yang lain. Di alam semesta ini terdapat 4 interaksi dasar yaitu interaksi elektromagnetik (gaya elektromagnetik), interaksi nuklir kuat (gaya kuat), interaksi nuklir lemah (gaya lemah) dan gravitasi. Jika satu saja dari keempat interaksi ini tidak ada maka alam semesta ini pun tidak akan eksis.

Keempat interaksi fundamental ini sering disebut sebagai 4 gaya fundamental. Namun penyebutan keempat interaksi ini sebagai gaya fundamental dapat dikatakan kurang tepat. Sejak Einstein merumuskan teori relativitas umum-nya yang mendefinisikan gravitasi sebagai fenomena kelengkungan ruang-waktu maka gravitasi dianggap bukan lagi sebagai gaya. Jadi penyebutan gaya hanya cocok disematkan pada ketiga interaksi yang lain selain gravitasi.

Sumber: Physics with Sam Purkis


Gravitasi dan elektromagnetik adalah dua interaksi yang telah dikenal jauh sebelum ditemukannya interaksi kuat dan interaksi lemah. Hal ini dikarenakan pengaruh kedua interaksi tersebut terhadap benda-benda normal mudah diamati oleh manusia. Interaksi kuat dan interaksi lemah baru ditemukan oleh ilmuwan pada abad ke-20 ketika para ilmuwan mulai menyelidiki dan meneliti tentang inti atom.

Keempat interaksi dasar sering kali digambarkan menurut kekuatan relatifnya. Gravitasi dianggap sebagai interaksi yang paling lemah di alam semesta lalu diikuti oleh interaksi (gaya) lemah, interaksi (gaya) elektromagnetik hingga interaksi yang paling kuat yaitu interaksi (gaya) kuat. Jika besarnya nilai (kekuatan) dari gaya kuat bernilai 1, maka ‘kekuatan’ dari gaya elektromagnetik adalah sebesar 1/137, gaya lemah sebesar 10 pangkat minus 6 dan gravitasi sebesar 6 kali 10 pangkat minus 39.

Gravitasi awalnya dijelaskan secara sistematis oleh Sir Isaac Newton pada abad ke-17 sebagai gaya atau kekuatan yang bekerja pada semua jenis benda yang memiliki massa. Gravitasi menyebabkan apel jatuh dari pohon dan menentukan orbit planet-planet di sekitar Matahari.

Memasuki abad ke-20 pandangan atau hukum gravitasi universal Newton digantikan oleh teori relativitas umum Einstein yang berhasil menjelaskan bagaimana gravitasi bekerja. Dari teori relativitas umum Einstein, gravitasi yang sebelumnya dianggap gaya pada jarak antar benda bermassa digantikan dengan konsep teoretis yang baru. Gravitasi bukan lagi dipandang sebagai gaya melainkan sebagai fenomena kelengkungan ruang-waktu.

Dalam tinjauan fisika partikel atau dalam beberapa teori kandidat gravitasi kuantum, gravitasi dipercaya dimediasi oleh partikel hipotesis pembawa gaya yang disebut graviton. Disebut sebagai partikel hipotesis karena keberadaan fisis dari graviton belum terbukti secara eksperimental. Gravitasi adalah interaksi dengan rentang jarak yang tak terhingga, besar nilai ‘kekuatan’ interaksinya akan melemah dengan bertambahnya jarak namun tidak akan pernah menjadi nol.

Interaksi Elektromagnetik yang definisi ilmiahnya diberikan pertama kali oleh James Clerk Maxwell pada abad ke-19, bertanggung jawab atas gaya tolak-menolak dari muatan listrik yang sejenis dan gaya tarik-menarik dari muatan listrik yang berbeda jenis. Semakin besar muatan, semakin besar interaksinya.

Seperti namanya, gaya elektromagnetik pada dasarnya terdiri dari dua bagian, yaitu; gaya listrik dan gaya magnet. Lebih jelasnya gaya elektromagnetik dimanifestasikan oleh gaya antara muatan listrik (Hukum Coulomb) dan gaya magnet - keduanya dirangkum dalam hukum gaya Lorentz. Gaya elektromagnetik adalah gaya dengan jarak tak terhingga yang mengikuti hukum kuadrat terbalik dan memiliki bentuk yang sama dengan gravitasi.

Gaya elektromagnetik bekerja dengan dimediasi oleh boson gauge. Boson gauge adalah jenis partikel elementer yang akan merespon untuk mengkomunikasikan gaya tertentu. Dalam kasus gaya elektromagnetik, boson gauge yang dimaksud adalah partikel foton. Saat sebuah elektron masuk di daerah interaksi maka ia akan mengemisikan (memancarkan) sebuah foton dan foton tersebut kemudian merambat ke elektron yang lain lalu mengkomunikasikan gaya elektromagnetik, kemudian lenyap. Lewat pertukaran foton ini, maka foton memediasi sebuah gaya dan menyampaikan informasi dari satu tempat ke tempat yang lain.

Gaya lemah atau yang juga disebut interaksi inti lemah bertanggung jawab atas peluruhan partikel. Fisikawan menggambarkan interaksi ini melalui pertukaran partikel pembawa gaya yang disebut boson W dan Z (boson lemah/weak boson). Ketika partikel subatom seperti proton, neutron, dan elektron berada dalam jarak 10 pangkat minus 18 meter (setara 0,1% dari diameter proton) satu sama lain, maka partikel-partikel tersebut akan melakukan pertukaran boson jenis ini (boson W dan Z). Akibatnya, partikel subatomik membusuk (meluruh) menjadi partikel baru.

Gaya lemah sangat penting untuk reaksi fusi nuklir yang terjadi pada inti matahari yang kemudian menghasilkan energi yang dibutuhkan untuk sebagian besar kehidupan di Bumi. Karena adanya gaya lemah maka arkeolog dapat menggunakan carbon-14 untuk menentukan usia artefak atau fosil. Carbon-14 memiliki enam proton dan delapan neutron; salah satu neutron itu meluruh menjadi proton untuk membuat nitrogen-14, yang memiliki tujuh proton dan tujuh neutron. Peluruhan ini terjadi pada tingkat yang dapat diprediksi sehingga memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan berapa usia artefak tersebut.

Gaya kuat bekerja di antara quark; yaitu partikel elementer penyusun semua partikel subatom, termasuk proton dan neutron – gaya kuat menyatukan quark yang membentuk proton dan neutron. Gaya kuat hanya bekerja jika partikel subatomik sangat dekat satu sama lain. Partikel subatomik yang dimaksud harus berada dalam jarak 10 pangkat minus 15 meter satu sama lain - kira-kira seperti panjang diameter proton.

Tidak seperti interaksi fundamental lainnya, besarnya ‘nilai’ gaya kuat akan menjadi lebih lemah saat partikel subatom bergerak semakin dekat. Jadi gaya kuat akan mencapai nilai maksimumnya pada rentang terjauh yang diizinkan (sepanjang diameter proton) dan akan melemah jika jarak tersebut diperpendek. Setelah berada dalam jangkauan, boson bermuatan tak bermassa yang disebut gluon mengirimkan atau saling menukarkan ‘gaya yang kuat’ antar quark dan membuat quark-quark tersebut "dilem" bersama.

Sumber:

[1]. Fundamental Force. https://www.britannica.com/science/fundamental-interaction.

[2]. Fundamental Force. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/funfor.html.

[3]. Veltman, M. 2003. Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics. USA: World Scientific Publishing.

Ricky Hamanay
Ricky Hamanay Yuditya Hamdani Hamanay; penulis sains amatir. Blogger sejak 2013