Arus Elektromagnetik sebagai Manifestasi Ketiadaan Monopol-Magnet

Oleh : Lalu Heriyanto, S.Pd., M.Sc.

Dosen Prodi Pendidikan Matematika

STKIP Paracendekia NW Sumbawa

Ketika partikel Higgs memperoleh nilai harap vakum yang tidak sama dengan nol, maka terjadi perusakan simetri secara spontan di SU(2) (Halzen & Martin, 1984). Perusakan simetri tersebut menyebabkan interaksi elektrolemah terpisah menjadi interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik. Partikel-partikel elementer memperoleh massa melalui interaksi dengan partikel Higgs yang besarnya bergantung pada kuat interaksinya dengan partikel Higgs.  Misalnya, partikel kuark, lepton, dan Boson lemah memperoleh massa karena berinteraksi dengan Higgs. Sementara, foton tidak bermassa karena tidak berinteraksi dengan Higgs. Oleh karena itu Higgs boson tidak merusak grup simetri U(1).

Hingga saat ini, dikenal dua buah jenis partikel dasar penyusun alam semesta yaitu kuarka serta flavornya, dan lepton serta flavornya (Workman, et al., 2022). Kedua jenis partikel dasar tersebut membangun struktur terkecil materi di alam semesta. Struktur tersebut adalah atom. Terbentuknya atom karena kehadiran partikel perantara atau mediator pembawa interaksi inti kuat oleh gluon, inti lemah boson oleh lemah, dan elektromagnetik oleh foton.

Pada energi alam semesta sekarang (energi rendah), interaksi elektrik dan magnetik seolah-olah terpisah. Partikel elementer berinteraksi secara elektrik jika partikel tersebut membawa sifat kelistrikan berupa muatan listrik. Hal serupa juga berlaku untuk interaksi magnetik, tentu ada partikel elementer yang membawa sifat kemagnetan berupa muatan magnetik sebut saja monopol-magnet. Namun, berdasarkan hasil eksperimen partikel elementer, belum dapat dikonfirmasi keberadaan partikel elementer yang membawa sifat kemagnetan atau yang bermuatan magnetik. Ada beberapa fisikawan partikel berkeyakinan bahwa monopol-magnetik adalah partikel yang sangat masif sehingga habis meluruh ketika suhu alam semesta menurun lebih rendah dari skala massanya (BRATEK & JAŁOCHA, 2022). Selain itu, ada beberapa fisikawan yang meragukan keberadaan monopol-magnet (Rajantie, 2012).

Terlepas ada atau tidak adanya monopol-magnet, penulis menawarkan jalan tengah terkait keberadaan monopol-magnet. Barangkali, monopol-magnet itu sudah ditemukan atau dideteksi atau bahkan sangat akrab dengan kehidupan kita sehari-hari. Namun, kita tidak menyadari kehadiran partikel tersebut.

Fenomena monopol-magnetik sangat relevan jika ditinjau pada tingkat partikel elementer.  Partikel-partikel yang dimaksud adalah partikel elementer stabil berupa foton dan elektron. Foton adalah partikel yang menjadi mediator atau partikel elementer pembawa interaksi listrik dan atau interaksi magnetik (interaksi elektromagnetik). Sementara, elektron merupakan partikel elementer yang saling berinteraksi via interaksi elektromagnetik. Untuk lebih jelasnya, ditinjau dua buah kasus, yaitu: Kasus elektron bermassa (setelah perusakan simetri) dan kasus elektron tidak bermassa (sebelum perusakan simetri). Untuk kasus pertama, elektron dalam penghantar, sejumlah elektron bergerak dengan kecepatan tertentu membentuk arus  elektron pada penghantar yang diletakkan pada magnet tapal kuda. Untuk Kasus kedua, elektron bebas yang bergerak di medan magnet. Ditinjau dari kasus pertama, berdasarkan hasil observasi, penghantar yang dialiri arus elektron yang diletakkan di bagian tengah di antara kutub-kutub magnet tapal kuda akan mengalami tarikan atau tolakan bergantung pda arah arus tersebut mengalir (James Dann, 2010). Fenomena ini menunjukkan bahwa medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrk dalam penghantar adalah dipol magnet karena ditarik atau ditolak oleh magnet tapal kuda yang memiliki dua buah kutub magnet. Fenomena yang mirip dengan ini adalah perilaku berkas elektron dalam suatu katoda ketika didekati medan magnet yaitu akan membengkok mendekati atau menjauhi magnet batang. Untuk kasus kedua, perilaku elektron bebas ketika bergerak dengan lintasannya membentuk sudut tertentu dengan medan magnet, maka lintasan elektron tersebut akan membentuk spiral (Abdullah, 2017).  Perilaku ini dapat dijumpai pada fenomena aurora. Analogi dengan kasus pertama, fenomena aurora ini memperkuat keberadaan dipol magnetik.

Gambar. Bentuk lintasan partikel bermuatan ketika memasuki medan magnet bumi yang mengarah ke kutub bumi (Abdullah, 2017)

Pada ranah elementer ada dua keadaan yang sangat ekstrim terkait dengan medan magnet yaitu:

  1. Elektron bermassa, dengan massa diam, me>0. Medan magnetik sama dengan nol ketika elektron dalam keadaan diam terhadap titik acuan tertentu.
  2. Elektron tidak bermassa, dengan massa diam, me=0. Medan magnetik tidak pernah sama dengan nol karena elektron selalu dalam keadaan bergerak.

Jadi, sebuah elektron atau lebih hanya dapat membangkitkan (memproduksi) medan listrik tanpa membangkitkan medan magnetik (medan magnetik nol) ketika dalam keadaan diam. Sebaliknya, dalam keadaan bergerak, elektron tidak hanya membangkitkan (memproduksi) medan listrik tetapi juga membangkitkan medan magnetik.  Keadaan di mana hanya medan listrik yang dapat dibangkitkan oleh elektron menunjukkan bahwa keadaan tersebut merupakan keadaan dasar (ground-state ) dari elektron tersebut. Jika medan listrik yang dihasilkan oleh elektron tersebut dikuantisasi akan diperoleh suatu paket pembawa sifat kelistrikan dikenal dengan elektron. Dengan demikian, elektron dapat dikatakan sebagai salah satu monopol-listrik. Hal berbeda terjadi ketika elektron bergerak dengan kecepatan tertentu. Ketika dalam keadaan bergerak, elektron tidak hanya membangkitkan medan listrik tetapi juga membangkitkan medan magnet. Jika medan listrik dan medan magnet (sebut saja medan elektromagnetik) dikuantisasi akan menghasilkan paket yang membawa sifat listrik sekaligus magnet dalam bentuk arus elektromagnetik. Karena, medan listrik dan medan magnetik tidak dapat dipisahkan dari suatu arus elektron, maka dapat dikatakan bahwa hasil dari kuantisasi medan elektromagnetik diinterpreatasikan sebagai paket muatan elektromagnetik. Sehingga, arus elektron dapat dikatakan sebagai monopol-elektromagnetik.  

Fakta lain yang mendukung argument monopol-elektromagnetik adalah mediator atau partikel pembawa interaksi listrik sama dengan mediator interaksi magnet yaitu foton. Sehingga medan listrik dan magnetik tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Hal ini mungkin berdampak pada monopol dari medan tersebut tidak dapat dipisahkan. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa monopol-listrik merupakan monopol non-dinamik sementara monopol-elektromagnet merupakan monopol dinamik. Kedua jenis monopol tersebut dibedakan oleh swakeadaan partikel yang membangkitkan monopol tersebut. Adapun monopol-listrik dalam keadaan ground-state (diam), sementara monopol-elektromagnetik dalam keadan eksitasi (bergerak). Berdasarkan uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa monopol-elektromagnetik yang dibangkitkan secara dinamik oleh arus partikel bermuatan listrik sebagai bentuk dari kuntisasi medan elektromagnetik. Dengan demikian, monopol-elektromagnatik dapat diajukan sebagai manifestasi dari ketiadaan monopol-magnet. Lebih jauh, ide monopol-elektromagnetik barangkali dapat dijadikan pertimbangan sebagai solusi monopol-magnetik.

Referensi:

Abdullah, M. (2017). Fisika Dasar II. Bandung: Institut Teknologi Bandung.

Bratek , Ł., & Jałocha, J. (2022). On the Issue Of Magnetic Monopoles in the Prospect of Ultra High Energy (Uhe) Photon Searches,  arXiv:2208.09043v1, 1-9.

Halzen, F., & Martin, A. D. (1984). Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics. New York: John Wiley & Sons.

James Dann, P. (Director). (2010). Force on a Current Carrying Wire in a Magnetic field [https://www.youtube.com/watch?v=F1PWnu01IQg] [Motion Picture].

Rajantie, A. (2012, 12 28). Phylosophical TransactionsoOf the Royal Society: A Mathematical, Physical, Engineering, and Science. Retrieved from https://royalsocietypublishing.org/: https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0394

Workman, R., Burkert, V., Crede, V., Klempt, E., Thoma, U., Tiator, L., . . . Zyla, P. (2022, August 8). Progress of Theoretical and Experimental Physics. Retrieved from http:academic.oup.com: https://doi.org/10.1093/ptep/ptac097

Plagiasi: 0%

Reviewer: Iwan Jazadi, M.Ed., Ph.D. (STKIP Paracendekia NW Sumbawa)

Web Admin: Dita Rezkia Utami, S.IP., M.DP. (STKIP Paracendekia NW Sumbawa)

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Upcoming Events