Selama berabad-abad, para ilmuwan telah mengetahui bahwa gravitasi mempengaruhi semua benda secara setara, terlepas dari massa atau komposisinya. Prinsip ini, yang dikenal sebagai prinsip kesetaraan lemah, merupakan landasan teori relativitas umum Einstein. Kini, sebuah eksperimen penting menegaskan bahwa bahkan antimateri – salah satu zat paling eksotik di alam semesta – berperilaku sesuai aturan ini, jatuh ke bawah seperti halnya materi biasa.
Konteks Sejarah: Dari Galileo hingga Einstein
Konsep percepatan gravitasi universal bermula dari eksperimen Galileo, di mana ia menunjukkan bahwa benda-benda dengan berat berbeda jatuh dengan kecepatan yang sama dalam ruang hampa. Einstein tidak berusaha menjelaskan mengapa gravitasi mempengaruhi segala sesuatu secara setara; dia hanya mengasumsikan hal tersebut sebagai hukum fundamental ketika merumuskan teori relativitas umum. Asumsi ini berlaku untuk semua materi yang diamati hingga saat ini.
Teka-teki Antimateri
Antimateri, yang diprediksi oleh fisikawan Paul Dirac pada tahun 1920-an sebagai konsekuensi dari rekonsiliasi mekanika kuantum dengan relativitas khusus, menghadirkan tantangan unik terhadap pemahaman ini. Persamaan Dirac menunjukkan bahwa untuk setiap partikel, terdapat pasangan dengan muatan berlawanan tetapi bermassa sama. Saat materi dan antimateri bertemu, mereka saling memusnahkan dan melepaskan energi. Hal ini membuat mempelajari perilaku gravitasi antimateri menjadi sangat sulit.
Eksperimen ALPHA-g di CERN
Para ilmuwan di eksperimen ALPHA-g CERN mengatasi rintangan ini dengan menciptakan atom antihidrogen netral – memasangkan antiproton dengan positron (anti-elektron). Atom netral ini, tidak seperti antimateri bermuatan, tidak terpengaruh oleh gaya elektromagnetik. Untuk mengisolasi antimateri, para peneliti menggunakan “Penning trap” – sebuah botol magnetis untuk menahannya – dan mendinginkan antiatom hingga mendekati nol mutlak untuk meminimalkan pergerakan.
Hasilnya: Antimateri Jatuh ke Bawah
Dengan melemahkan medan magnet secara bertahap, tim mengamati perilaku atom antihidrogen yang terperangkap. Jika antimateri menentang prinsip kesetaraan yang lemah, antimateri mungkin akan melayang ke atas karena adanya gaya tolak-menolak yang tidak diketahui. Sebaliknya, sekitar 80% antiatom jatuh melalui dasar perangkap, musnah saat bersentuhan dengan dinding wadah. Hal ini menegaskan bahwa antimateri ditarik ke bawah oleh gravitasi, sama seperti materi biasa.
Apa Artinya Bagi Fisika
Eksperimen tersebut tidak membuktikan bahwa gravitasi dan mekanika kuantum sepadan —mereka masih menggunakan bahasa yang berbeda. Namun hal ini memperkuat teori relativitas umum Einstein dengan menunjukkan bahwa teori tersebut berlaku bahkan untuk antimateri. Namun, kasus ini belum sepenuhnya selesai. Para peneliti belum menentukan apakah antimateri jatuh dengan percepatan yang sama persis dengan kecepatan materi. Sedikit perbedaan, bahkan 1% pun, memerlukan pemikiran ulang mendasar tentang gravitasi.
Untuk saat ini, alam semesta tetap konsisten: palu, bulu, dan antihidrogen semuanya jatuh dengan kecepatan yang sama. Ini bukanlah sebuah revolusi dalam fisika, namun sebuah konfirmasi yang meyakinkan bahwa alam semesta berperilaku seperti yang kita harapkan.
