Apa hal tercepat di dunia?

Pesawat luar angkasa lepas landas, mobil balap mengitari lintasan, seekor cheetah menyerbu menuju mangsanya – planet asal kita penuh dengan prestasi berkecepatan tinggi.

Tapi apa yang tercepat di dunia? Jawabannya bergantung pada bagaimana Anda mendefinisikan “benda” dan “di Bumi”. Dan kandidat terbaik—neutrino dan foton—tidak dapat dilihat dengan mata telanjang.

Jawaban yang paling jelas sepertinya ringan. Dalam ruang hampa, cahaya bergerak dengan kecepatan sekitar 186.000 mil per detik (300.000 kilometer per detik). Tidak ada apa pun di alam semesta yang kita ketahui yang dapat melebihi kecepatan tersebut.

Terkait: Apa partikel terkecil di alam semesta? (Dan bagaimana dengan yang terbesar?)

Tapi apakah cahaya itu suatu hal? Fisikawan tidak begitu setuju mengenai hal itu. Ada yang bilang tidak, karena cahaya tidak mempunyai massa. Yang lain berpendapat demikian—karena kekhasan mekanika kuantum, cahaya adalah gelombang dan partikel. Dan sebagian besar fisikawan sepakat bahwa partikel adalah benda.

Menurut John Matthews, fisikawan di Universitas Utah, partikel-partikel ini, yang disebut foton, adalah benda tercepat di ruang hampa.

Di bumi, ini sedikit lebih rumit kecuali Anda berada di ruang vakum. Begitu foton menyentuh atmosfer bumi, kecepatannya sedikit melambat. Dan kemudian, dalam situasi yang tepat, dia mungkin akan berkompetisi. Itu karena tidak semua partikel diperlambat oleh atmosfer seperti foton, kata Matthews kepada Live Science.

Matthews adalah bagian dari tim yang mendeteksi beberapa partikel sangat cepat yang berasal dari sinar kosmik berenergi ultra tinggi, hujan partikel subatom yang menghujani Bumi dari luar angkasa. Salah satu partikel ini, yang disebut partikel Oh-My-God, terdeteksi oleh rekan-rekannya pada tahun 1991 dari sinar kosmik berenergi tertinggi yang pernah tercatat.

Partikel seperti ini mulai mendekati kecepatan cahaya di ruang hampa. Namun ketika mereka menghantam atmosfer bumi, “sesuai sifatnya, mereka terus bergerak maju,” kata Matthews. “Jadi mereka melebihi kecepatan cahaya di atmosfer.”

Hal ini menjadikan partikel Ya Tuhan sebagai salah satu benda bermassa tercepat di Bumi, namun mereka tidak berada di posisi teratas. Sebaliknya, neutrinolah yang mengambil alih peran tersebut, menurut Justin Vandenbroucke, fisikawan partikel di Universitas Wisconsin-Madison.

Partikel Ya Tuhan mungkin adalah sebuah proton, atau setidaknya mirip proton – cukup masif pada skala partikel subatom. Massa neutrino setidaknya 10 miliar kali lebih kecil dari massa proton, sehingga berdasarkan hukum dasar fisika, neutrino dapat bergerak lebih cepat dengan jumlah energi yang sama.

Namun meskipun secara teori neutrino dapat bergerak sangat cepat, dalam praktiknya mereka cukup sulit untuk ditangkap. “Neutrino terkenal pemalu,” kata Vandenbroucke kepada Live Science.

Dalam eksperimen jangka panjang di Kutub Selatan—yang disebut IceCube—fisikawan menempatkan detektor di bongkahan es berukuran 0,2 mil kubik (1 kilometer kubik) dengan harapan menemukan neutrino berenergi tinggi. Di dalam es, neutrino dengan energi yang cukup dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Ketika neutrino berenergi tinggi ini bertabrakan dengan inti atom di dalam es, ia dapat menghasilkan partikel subatom bermuatan yang juga bergerak lebih cepat daripada cahaya. Partikel cepat ini memancarkan kilatan cahaya yang dikenal sebagai radiasi Cherenkov, yang membuat neutrino dapat terdeteksi secara tidak langsung.

Dan pada tahun 2016, para ilmuwan IceCube mendeteksi neutrino berenergi tertinggi yang pernah dievaluasi secara cermat.

“Sejauh yang kami tahu, ini adalah partikel tercepat yang pernah diamati,” kata Bill Louis, fisikawan di Laboratorium Nasional Los Alamos, kepada Live Science. Tidak ada partikel bermassa yang dapat mencapai kecepatan vakum cahaya, tetapi jika partikel tersebut sangat ringan dan mempunyai banyak energi, ia dapat bergerak sangat dekat.

Betapa dekat? Untuk menjaga kecepatan tetap seimbang, Vandenbroucke suka berpikir dalam angka 9 detik. Sesuatu yang bergerak dengan kecepatan 99,99% kecepatan cahaya akan memiliki empat angka 9. Neutrino supercepat yang terdeteksi pada tahun 2016 akan memiliki 33 9, kata Vandenbroucke. Dan partikel Ya Tuhan akan memiliki nilai antara 20 dan 24 9 menurut perhitungannya. Partikel ini memiliki lebih banyak energi tetapi juga jauh lebih masif.

Sebagai perbandingan, kecepatan tertinggi yang dicapai partikel dalam akselerator partikel seperti Large Hadron Collider di CERN hanya tujuh detik.

Sementara itu, partikel berkecepatan memecahkan rekor ini “dihasilkan oleh akselerator partikel alami di luar angkasa,” kata Vandenbroucke. “Kami tidak tahu cara kerjanya, tapi ini benar-benar memberi tahu Anda betapa menakjubkannya alam dibandingkan dengan manusia.”