Lompatan Kuantum Eksperimen ALPHA: Mengukur Pemisahan Hiperhalus Antihidrogen dengan Presisi 100 Kali Lebih Baik

Dalam serangkaian terobosan yang mengubah studi tentang antimateri atomik, kolaborasi ALPHA di CERN berhasil memecahkan rekor produksi dan presisi pengukuran untuk antihidrogen, atom antimateri paling sederhana. Dengan mendinginkan positron hingga suhu mendekati nol mutlak, tim kini dapat menjebak ribuan antiatom lebih banyak dari sebelumnya dan mengukur celah energi internal kunci seratus kali lebih akurat. Pencapaian ini membawa para fisikawan lebih dekat untuk menjawab salah satu teka-teki paling membandel dalam kosmologi: mengapa alam semesta yang teramati hampir seluruhnya terbuat dari materi, padahal Big Bang seharusnya menghasilkan materi dan antimateri dalam jumlah yang setara.

Pengukuran pemisahan hiperhalus (hyperfine splitting) keadaan dasar antihidrogen, yang diumumkan pada 27 Mei 2026, mencapai presisi 4 bagian per juta (parts per million/ppm) . Ini adalah peningkatan seratus kali lipat dibandingkan hasil kolaborasi tahun 2017 yang mencapai 400 ppm . Pemisahan hiperhalus adalah celah energi sangat kecil yang tercipta dari interaksi magnetik antara antiproton dan positron di dalam antiatom . Pada hidrogen biasa, pemisahan yang sama telah diketahui dengan presisi lebih baik dari 1 bagian per triliun dan menghasilkan garis 21 sentimeter yang terkenal dalam astronomi radio . Dengan antihidrogen yang kini terukur hingga 4 ppm, perbandingan langsung dan ketat antara materi dan antimateri akhirnya menjadi mungkin pada level yang dapat menguji secara serius simetri CPT—prinsip dasar bahwa hukum fisika tidak berubah ketika muatan (charge), paritas (parity), dan waktu (time) dibalik secara bersamaan—serta elektrodinamika kuantum (QED), teori yang menjelaskan bagaimana partikel bermuatan berinteraksi dengan cahaya .

Lompatan presisi ini dimungkinkan oleh terobosan produksi terpisah yang diumumkan pada November 2025 di Nature Communications . Inovasi utamanya adalah pendinginan simpatetik (sympathetic cooling): para peneliti menggunakan ion berilium (Be⁺), yang didinginkan secara Doppler oleh laser 313 nanometer, untuk mendinginkan plasma positron ke suhu di bawah sekitar 10 Kelvin, dengan nilai terukur langsung di bawah 7 K . Suhu positron selama ini menjadi hambatan utama dalam menjebak antihidrogen. Positron yang lebih dingin bergabung jauh lebih mudah dengan antiproton untuk membentuk antiatom dingin yang dapat dijebak .

Dengan teknik baru ini, ALPHA kini dapat mengakumulasi lebih dari 15.000 atom antihidrogen dalam waktu kurang dari tujuh jam . Ini mewakili peningkatan laju penangkapan sebesar delapan kali lipat—dan peningkatan lebih dari dua puluh kali lipat dari rekor sebelumnya . Sebagai gambaran, pada tahun 2010 ALPHA hanya menjebak sekitar 0,1 atom antihidrogen per siklus eksperimen. Pada tahun 2024, angka itu telah tumbuh menjadi sekitar 160 atom per siklus. Kemudian, kemajuan pendinginan berilium mendorong jumlahnya jauh lebih tinggi .

Jumlah antiatom yang sangat banyak ini secara langsung meningkatkan kekuatan statistik untuk spektroskopi laser dan gelombang mikro presisi . Dengan ribuan atom antihidrogen yang terkurung secara bersamaan, ALPHA kini dapat mengejar studi sistematis dan variasi sideral (sidereal variation) yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan . Bersama-sama, rekor jumlah antiatom dan pengukuran hiperhalus 4 ppm memberikan eksperimen ini jalur yang jelas menuju ujian CPT pada level satu bagian per triliun—rezim di mana para ahli teori menduga adanya retakan halus dalam Model Standar fisika partikel mungkin muncul .