Science and Technology

Kosmologi memasuki babak baru. Berbagai temuan observasi memberikan kita gambaran terkini tentang alam semesta, yang agak berbeda dengan alam semesta sebagaimana yang digambarkan oleh model standar kosmologi.
Dengan perkembangan terbaru dari berbagai hasil pengamatan ini, kita memiliki model kosmologi baru yang merupakan model standar kosmologi (hot big bang) yang diperluas.
Model standar kosmologi baru itu memiliki karakteristik:

• Alam semesta dengan geometri datar (flat) dengan parameter densitas Ω = 1.0023 ± 0.0055 (dari data satelit Wilkinson Microwave Anisotropy Probe — WMAP), dan sedang dalam keadaan berekspansi dipercepat
• Alam semesta mengalami proses inflasi (ekspansi yang bersifat eksponensial) dalam waktu amat singkat, pada saat usia semesta dini
• Inhomogenitas densitas yang menjadi cikal bakal struktur dalam alam semesta, berasal dari fluktuasi kuantum yang terbawa ke skala makro selama masa inflasi
• Komposisi alam semesta terdiri dari (WMAP Jan 2010): (72.8 ± 0.5) % energi gelap (dark energy), (22.7 ± 1.4) % materi gelap nonbaryonik (nonbaryonic dark matter), dan (4.56 ± 0.16) % baryon

Yang dimaksud dengan energi gelap adalah sesuatu yang menyebabkan alam semesta kita berekspansi dipercepat, meski jumlah total materi (baryon dan materi gelap) tidak memungkinkan hal itu terjadi. Keberadaan energi gelap yang menjadi komposisi utama alam semesta, merupakan salah satu penemuan terbesar dalam kosmologi. Energi gelap ini mendominasi alam semesta kita saat ini, dan menyebabkan alam semesta kita saat ini berada dalam fase ekspansi yang dipercepat.
Energi gelap ini juga mengubah pemahaman kita tentang nasib alam semesta ke depan.  Dalam Model Standar Kosmologi, nasib alam semesta ditentukan oleh geometrinya. Jika geometri alam semesta adalah geometri sferis (dengan parameter densitas Ω > 1), alam semesta akan terus mengembang sampai suatu saat tertentu, kemudian berhenti mengembang, dan mulai runtuh. Jika alam semesta memiliki geometri datar (dengan parameter densitas Ω = 1), alam semesta akan mengembang dan terus mengembang dengan kecepatan semakin mendekati nol. Dan jika alam semesta memiliki geometri hiperbola (dengan parameter densitas Ω < 1), maka alam semesta akan terus mengembang dengan kecepatan pengembangan semakin mendekati suatu kecepatan tertentu yang bukan nol. Ketiga kemungkinan ujung alam semesta memiliki kesamaan, bahwa alam semesta mengembang dengan kecepatan pengembangan yang semakin kecil. Namun penemuan keberadaan energi gelap mengubah semuanya. Dalam alam semesta dengan energi gelap, hubungan antara geometri alam semesta dan nasib ke depan alam semesta itu menjadi runtuh. Meski alam semesta kita saat ini memiliki geometri datar (flat), tapi masih terbuka kemungkinan bahwa nasib alam semesta ke depan akan terus mengembang (seperti alam semesta terbuka pada model standar kosmologi), atau akan terus mengembang dengan kecepatan semakin mendekati nol (seperti alam semesta datar pada model standar kosmologi), atau bahkan akan runtuh kembali (seperti alam semesta tertutup pada model standar kosmologi). Akhir yang seperti mana yang akan dialami alam semesta kita, bergantung pada sifat dari energi gelap itu sendiri. Dan ini membuat penelitian tentang energi gelap menjadi topik yang sangat menarik dalam kosmologi.

Indikasi Keberadaan Energi Gelap
Keberadaan energi gelap dideteksi dari pengamatan supernova pada redshift (z) tinggi, dan dari pengamatan radiasi latar belakang (Cosmic Microwave Background – CMB).
Dari pengamatan supernova pada redshift tinggi diketahui bahwa alam semesta kita saat ini sedang dalam fase ekspansi yang dipercepat. Supernova-supernova yang berada pada z ≈ 0.5 diamati memiliki magnitud yang lebih rendah dari magnitud seharusnya (jika berada dalam alam semesta seperti yang digambarkan dalam alam semesta dengan geometri datar oleh model standar). Pelemahan cahaya supernova ini paling mungkin dijelaskan jika alam semesta saat ini sedang mengalami ekspansi yang dipercepat. Kesimpulan ini pertama kali didapat oleh dua grup independent, Supernova Cosmology Group dan High-z Supernova Team. Kedua tim ini menggunakan teknik analisis yang berbeda dan sampel supernova (dengan redshift tinggi) yang berbeda. Namun mereka memperoleh kesimpulan yang sama. Interpretasi bahwa pelemahan magnitud yang dialami supernova dengan z ≈ 0.5 ini disebabkan oleh energi gelap, bukanlah satu-satunya. Ada penjelasan alternatif yang mencoba menjelaskan efek pelemahan magnitude itu karena materi intergalaktik. Tapi bukti yang menguatkan teori energi gelap dan membantah penjelasan dengan materi intergalaktik didapat dengan ditemukannya supernova yang paling jauh (sampai saat ini), SN 1997ff, dengan z = 1.755. Supernova ini diamati memiliki magnitud lebih terang dari seharusnya, yang menunjukkan bahwa ia terjadi saat alam semesta masih mengalami ekspansi yang diperlambat. Jika memang benar ada materi intergalaktik yang menyebabkan pelemahan cahaya, harusnya SN 1997ff akan jauh lebih redup dari seharusnya, bukan malahan lebih terang.
Selain dari supernova, bukti lain yang mendukung keberadaan energi gelap berasal dari pengamatan CMB. Pengamatan CMB menggunakan WMAP memberikan data bahwa parameter densitas alam semesta Ω = 1.0023 ± 0.0055. Padahal dari pengamatan yang sama, diketahui bahwa seluruh materi (baryon dan materi gelap) dalam alam semesta hanya memberikan kontribusi pada Ω yang hanya sekitar sepertiga dari nilai Ω yang diamati. Karena itu, haruslah ada komponen lain dalam alam semesta yang mengisi kekurangan parameter densitas yang diberikan oleh materi (baryon dan materi gelap). Dengan kontribusi dari materi ditambah dengan energi gelap, maka alam semesta kita akan memiliki Ω sebagaimana yang didapat dari pengamatan CMB tersebut.

Keberadaan energi gelap juga bisa dideteksi lewat pengamatan lain (selain pengamatan supernova) yang sifatnya independent. Misalnya lewat pengamatan struktur alam semesta skala besar (Large Scale Structure – LSS) yang dikombinasikan dengan pengukuran fluktuasi angular size karakteristik pada CMB. Cara ini merupakan cara pengamatan bersifat tidak langsung. Ada satu lagi metode independent untuk mendeteksi energi gelap, yaitu lewat pengamatan efek integrated Sachs-Wolfe (ISW). ISW ini sendiri adalah pergeseran merah pada foton CMB yang disebabkan oleh gravitasi, yang terjadi mulai saat alam semesta mulai menjadi transparan.
Energi gelap tidak dari awal mendominasi alam semesta, dan menyebabkan ekspansi dipercepat. Karena jika dari awal alam semesta kita sudah mengalami ekspansi dipercepat, maka struktur dalam alam semesta yang kita amati saat ini, tidak akan mungkin terbentuk. Ditambah lagi, pola variasi CMB dan kelimpahan unsur hasil big bang nucleosynthesis akan berbeda dengan yang kita amati sekarang. Energi gelap baru mendominasi dan menyebabkan ekspansi dipercepat pada alam semesta, semenjak suatu epoch tertentu. Kapan terjadinya transisi ini bisa dirunut lewat pengamatan supernova.
Riess dan rekan-rekan melaporkan hasil pengolahan data sampel 16 buah supernova tipe Ia temuan baru yang diamati dengan HST (Hubble Space Telescope). Dalam sampel, termasuk 6 dari 7 supernova terjauh yang kita ketahui, seluruhnya memiliki z > 1.25. Riess juga berhasil menghitung epoch dimana era ekspansi diperlambat (sebagaimana yang digambarkan oleh model standar) berakhir, dan energi gelap mulai mengambil peran sentral. Semenjak saat transisi itu, ekspansi alam semesta yang semula melambat, berubah menjadi ekspansi yang dipercepat. Transisi itu terjadi pada epoch sekitar z = 0.46 ± 0.13, atau sekitar ketika ukuran alam semesta 68% ukuran saat ini.

Properti Energi Gelap
Sampai saat ini, amat sedikit diketahui tentang energi gelap. Tapi setidaknya kita mengetahui sedikit properti energi gelap, yaitu:

1. Tidak memancarkan gelombang elektromagnetik
2. Memiliki tekanan negatif yang besar. Besarnya tekanan yang berorde sama dengan densitas energinya, menunjukkan bahwa ‘energi gelap’ ini lebih bersifat energi daripada materi (pada materi tekanan jauh lebih kecil dibandingkan dengan densitasnya). Karena itu, energi gelap ini berbeda dengan materi gelap
3. Tidak mengumpul membentuk gugus dengan materi secara signifikan, setidaknya sampai seukuran gugus galaksi.

Hasil pengamatan CMB menunjukkan bahwa dalam skala besar, alam semesta kita (hampir) homogen dan isotropis. Dan sebagaimana yang digambarkan oleh model standar kosmologi, alam semesta bisa didekati sebagai fluida sempurna. Energi gelap dapat diparametrisasi dengan persamaan keadaannya (w), yang merupakan perbandingan tekanan dengan densitasnya. Agar struktur dalam alam semesta yang teramati saat ini bisa tumbuh dari perturbasi densitas (sebagaimana yang diamati pada CMB), maka nilai w haruslah berharga lebih kecil dari -½.
Sementara itu, untuk alam semesta datar (sebagaimana yang kita amati), parameter perlambatan (q₀) saat ini adalah q₀ ~ ½ =w. Dan karena nilai w < -½, maka q₀ < 0, menunjukkan alam semesta saat ini sedang mengalamai ekspansi dipercepat. Hasil pengukuran dari WMAP (dari pengamatan CMB) memberikan harga w < -0.980 ± 0.053.
Kandidat Energi Gelap
Ada beberapa kandidat apa sebenarnya energi gelap. Kandidat utama energi gelap itu adalah:

1. Konstanta kosmologi / Energi vakum
2. Quintessence (medan skalar dinamis)
3. Gravitasi yang melemah

1. Konstanta Kosmologi, Λ
Konstanta kosmologi adalah faktor yang dimasukkan dalam persamaan Einstein dalam relativitas umum. Konstanta kosmologi ini awalnya dimaksudkan untuk mengimbangi gravitasi supaya diperoleh gambaran alam semesta yang statis (yang kemudian oleh Einstein disesali karena kenyataan obervasi oleh Hubble menunjukkan alam semesta yang mengambang, sesuatu yang harusnya terlebih dulu bisa diramalkan oleh relativitas umum). Eksistensi konstanta kosmologi ini kembali mencuat akhir-akhir ini, dan mencapai puncak ketika terdeteksi keberadaan energi gelap.
Sementara itu, dari teori medan kuantum yang kita miliki saat ini, diketahui bahwa ruang vakum juga memiliki energi, yang dinamakan energi vakum. Untuk energi vakum, w = -1. Dan secara matematis, energi vakum ini sama dengan konstanta kosmologi yang berasal dari relativitas umum. Konstanta kosmologi ini menjadi salah satu kandidat terkuat dari energi gelap.
Dari observasi supernova, disimpulkan energi gelap tidak berubah sepanjang waktu, atau minimal hanya berubah sangat sedikit sejalan dengan waktu. Jadi untuk sementara, konstanta kosmologi merupakan kandidat terkuat sebagai energi gelap, karena didukung oleh observasi. Hasil observasi dari 70 supernova oleh tim SNLS (Supernova Legacy Survey) untuk sementara menunjukkan bahwa energi gelap hanya berubah sangat sedikit. SNLS ditargetkan mempelajari 700 buah supernova menggunakan teleskop-teleskop besar dunia dan diharapkan lebih banyak mengungkap tentang energi gelap.
Tapi jika konstanta kosmologi adalah energi gelap, ada setidaknya dua masalah besar. Masalah pertama adalah dari segi ordenya, dan masalah kedua adalah dari segi waktu diaman ia mulai dominan.
Jika kita mencoba menghitung besar orde energi gelap dari beberapa pendekatan berbeda, kita akan mendapatkan orde besarnya energi gelap: 10^-10 (eV)⁴ – 10¹¹² (eV)⁴. Jadi Λ membutuhkan fine-tuning dari rentang kemungkinan yang teramat besar tersebut supaya konvergen ke harga tertentu. Ini dikenal dengan masalah fine-tuning problem.
Masalah kedua terlihat jika kita meninjau bagaimana perubahan parameter densitas energi gelap terhadap waktu, jika energi gelap itu adalah konstanta kosmologi. Misalkan parameter densitas konstanta kosmologi ditulis Ω_Λ = ρ_Λ/ρ_cr. Dari pengamatan CMB, diperoleh bahwa Ω_Total = 1 dan (jika energi gelap adalah konstanta kosmologi) Ω_Λ=0.7. Harga Ω_Λ berubah sejalan dengan pengembangan alam semesta, karena p_Λ konstan. Maka evolusi Ω_Λ sejalan dengan ρ_cr ~ (1 + z)^-3, dengan z adalah redshift. Pada z > 10, harga parameter densitas Ω_Λ < 0.001. Sedangkan pada z < -0.9 nanti, harga parameter densitas Ω_Λ > 0.999.
Jika dibuat plot Ω_Λ terhadap log R untuk rentang -60 < log R <+60, akan terlihat seperti fungsi tangga (step function) yang berubah dari nol menjadi satu pada era saat ini. Bahkan jika dibuat plot dΩ_Λ/dR (yang berbentuk seperti fungsi delta dirac), dapat dilihat bahwa kita hidup tepat di tengah puncak fungsi delta dirac tersebut. Pertanyaan kenapa kita hidup di era yang spesial ini, dikenal dengan coincidence problem.
2. Quintessence
Quintessence adalah medan skalar yang bergulir-lamban (slow-rolling scalar field). Salah satu properti penting dari quintessence adalah coincidence problem bisa lebih masuk akal dijelaskan, karena persamaan keadaan bergantung waktu. Prediksi yang paling umum dari quintessence adalah nilai dari persamaan keadaan w(t) berbeda dari -1, dan berubah terhadap z.

3. Gravitasi Yang Melemah
Masih ada kemungkinan bahwa sebenarnya materi gelap itu tidak ada. Tetapi efek yang kita amati saat ini (yang menuntun kita pada kesimpulan adanya energi gelap) sebenarnya adalah efek dari runtuhnya relativitas umum Einstein pada skala yang amat besar. Menurut teori ini, pada skala yang amat besar, efek kebocoran gravitasi ke dimensi yang lebih tinggi semakin mungkin diamati.
Prospek Observasi Dark Energy Ke Depan
Untuk lebih tahu banyak tentang energi gelap, satu-satunya cara (setidaknya untuk saat ini) adalah lewat pengamatan astronomis. Dari sisi fisika partikel tidak memungkinkan memberikan batasan pada energi gelap lewat akselerator, karena sifat energi gelap yang diffuse dan merupakan fenomena energi-rendah.

Untuk memberikan batasan pada energi gelap, pengamatan dan penelitian yang bisa dilakukan adalah:

• Pengukuran sejarah ekspansi H(t)
• Persamaan keadaan w(t) yang bergantung waktu
• Mencari jika ada properti penggugusan energi gelap
• Mencari adakah dan bagaimana hubungan (couple) antara energi gelap dengan materi gelap
• Menguji lebih detail kevalidan relativitas umum

Untuk pengukuran sejarah ekspansi digunakan pengamatan sejumlah besar supernova dengan rentang z tertentu. Karena pada awal alam semesta (z besar) energi gelap belum dominan, sedangkan pada z kecil kurang sensitif untuk pengukuran efek dari energi gelap, maka rentang z yang memadai untuk pengamatan adalah 0.2 ≤ z ≤ 2.
Persamaan keadaan bisa menggunakan supernova. Sampel kualitas tinggi dari 2000 buah supernova dengan z antara 0.2 sampai 1.7 bisa memberikan harga w dengan ketelitian σ_w = 0.05 (dengan asumsi irreducible error sebesar 0.14 magnitud). Jika Ω_M bisa didapat cara independen dengan harga lebih baik dari σ_ΩM = 0.03, σ_w akan meningkat dengan faktor 3 dan perubahan w terhadap redshift – w’ = dw/dz – dapat diukur dengan ketelitian σ_w’ = 0.16.
Selain lewat supernova, w juga berpotensi dipelajari lewat pengamatan galaxy-count dan galaxy cluster count.
Efek weak gravitational lensing (WGL) bisa juga digunakan untuk mempelajari w. WGL oleh LSS pada medan seluas 1000 derajat persegi atau lebih, setara dengan sensitivitas pengamatan w lewat supernova seperti yang disebutkan di atas. Hanya saja WGL tidak bisa digunakan untuk mempelajari variasi w terhadap waktu. Dan masalah sistematis yang dihadapi pada pengamatan WGL masih belum banyak dipelajari secara lebih teliti.
Saat ini, ada beberapa proyek yang dikembangkan yang bertujuan khusus untuk mengamati dan mempelajari energi gelap. Misalnya SNAP (Supernova/Acceleration Probe), JDEM (Joint Dark Energy Mission), dan beberapa lainnya. Untuk SNAP sayangnya NASA menunda misi ini lima tahun karena adanya prioritas mengirimkan manusia ke Mars.
Mengapa mempelajari energi gelap?
Sampai saat ini, energi gelap hanya bisa dipelajari lewat pengamatan astronomi. Dan yang paling besar prospek pengamatan untuk mempelajari energi gelap ini adalah lewat pengamatan supernova. Alat yang paling efektif untuk mempelajari supernova ini adalah teleskop yang berada di luar angkasa, teleskop Hubble. Hubble bisa difungsikan menjadi mesin pemburu supernova yang amat penting bagi mempelajari energi gelap. Ini dibuktikan (antara lain) lewat pemakaian Hubble oleh Reiss dan timnya untuk menentukan epoch transisi dimana energi gelap mulai mendominasi alam semesta. Sayangnya dengan diberhentikannya perawatan Hubble maka umur teleskop Hubble hanya sampai sekitar tahun 2007-2008. Dan dengan kehilangan alat penting mempelajari energi gelap, kemajuan pengertian kita tentang energi gelap tidak akan secepat yang seharusnya kita bisa dengan teknologi yang kita punya saat ini.
Dengan mempelajari energi gelap ini, kita bisa mengetahui bagaimana ujung dari evolusi alam semesta. Pengamatan persamaan keadaan energi gelap juga bisa berpengaruh pada fisika teori / fisika partikel, dan pada relativitas umum. Jika kita bisa menentukan nilai dari persamaan keadaan energi gelap, kita bisa menentukan apa sebenarnya energi gelap itu. Dan jika energi gelap itu memiliki persamaan keadaan w = -1, maka energi gelap adalah konstanta kosmologi, dan kita masih harus berurusan dengan fine-tuning problem dan coincidence problem. Jika w < -1 maka kita akan menemukan masalah dalam teori relativitas umum pada skala amat besar.
Ada dua sasaran yang realistik untuk satu dekade ke depan: menentukan persamaan keadaan sampai ketelitian 5%, dan mencari variasinya terhadap waktu. Setelah berhasil menentukan persamaan keadaan, maka sasaran berikutnya adalah mendeteksi sifat penggugusannya. Ini akan memberikan kita pengetahuan yang penting tentang apa dan bagaimana energi gelap.

Sumber : langitselatan.com

Menarik membaca berita hari ini, satu koneksi buruk menyebabkan ‘mesin penghancur atom’ ditutup, hanya setelah beberapa hari dioperasikan. Kesalahan yang hanya disebabkan oleh satu penyolderan yang buruk dari 10ribu koneksi adalah sebuah kesalahan kecil, tetapi menyebabkan pengoperasian menjadi tertunda dalam jangka waktu lama, ditambah lagi biaya operasionalnya yang besar. Paling tidak pengoperasian berikutnya baru bisa dilakukan lagi setelah bulan Mei tahun depan.
Alat apakah itu? Yang sampai sebegitu rumitnya? ‘Mesin penghancur atom’ itu adalah sebuah alat yang disebut sebagai Large Hadron Collider (LHC) milik CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire/Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir), sebuah alat yang berupa terowongan berbentuk lingkaran dengan keliling sebesar 27 km, di dalam tanah dalam perbatasan Swiss-Prancis di Jenewa. Alat tersebut dibuat untuk mempelajari komponen terkecil dari materi, sehingga bisa menjelaskan semua benda di dalam alam semesta ini bisa terbuat. Sekaligus bisa memberikan gambaran seperti apakah ‘big bang’, berdasarkan komponen-komponen terkecil tersebut ada, yang mana ‘big bang‘ sendiri merupakan teori tentang terciptanya alam semesta. Mengapa itu bisa terjadi, karena dengan LHC, para ilmuan menguji tumbukan-tumbukan partikel ber-energi sangat tinggi, sehingga bisa ‘melihat’ gambaran tentang materi pada skala yang sangat-sangat kecil, sebagaimana yang terbentuk sesaat ketika seper-semilyar detik setelah big-bang.
Lalu? Apa perlunya itu semua penemuan-penemuan partikel yang sangat-sangat kecil itu? Yang pasti karena memang belum ditemukan keberedaannya, tetapi upaya tersebut merupakan upaya yang penting dalam menjelaskan fenomena yang sangat fundamental. Di dalam fisika dikenal adanya Model Standar yang menjelaskan bagaimana partike-partikel berinteraksi secara fundamental di alam.
Semua persamaan-persamaan dalam Model Standar (kecuali persamaan gravitasi) menjelaskan gaya dan interaksi di alam tanpa menyertakan adanya besaran massa. Agar setiap partikel elementer di alam mempunyai bobot massa, secara hipotesa diperkenalkan adanya partikel elementer skalar masif, yang disebut sebagai High-Bosson. Disebut sebagai hipotesa, karena keberadaannya belum ditemukan, melainkan merupakan perumusan fisika dari medan Higgs, (dari nama fisikawan Peter Higgs). Secara umum disebut sebagai partikel Higgs-Boson.
Oleh karena itu, untuk mempelajari keberadaannya, para fisikawan harus ‘menghancurkan’ partikel-partikel sampai ke tingkat di mana semua menjadi komponen paling elementer yang bisa diperoleh, menjadi energi, yang kemudian termaterialisasi kembali sebagaimana apa adanya. Medan Higgs, jika ada akan menyebabkan ketika partikel dihancurkan sampai menjadi quark, atau partikel-partikel lain, akan mempunyai ke-khas-an bergantung massa. Semakin besar massa, semakin banyak hancur menjadi bentuk partikel lebih kecil bahkan sampai menjadi energi, yang akan direkam dan diperhitungkan oeh detektor, jika dihancurkan oleh mesin penghancur partikel. Kemudian ketika berkondensasi maka akan kembali menjadi partikel-partikel, bahkan bila mungkin akan menjadi partikel yang sebelumnya pernah ditemukan. Masalahnya adalah, sejauh yang telah dilakukan, tumbukan partikel selalu menghasilkan jenis partikel yang sama, sehingga ada hal hal lain yang harus diperhatikan.
Fisika energi tinggi adalah mengenai statistik. Sedangkan quantum itu berisi ‘ketidakpastian’, di mana interaksi pada tingkat sub-atomik merupakan kejadian yang berlangsung secara acak, sehingga sekalipun tidak ada kejadian fisika yang terjadi, tetapi data pengamatan menunjukkan adanya ‘kejadian menarik’. Oleh karena itu, untuk mendapatkan sesuatu ‘kejadian yang berulang’, (yang artinya memang sesuatu memang terjadi), maka harus dilakukan pengukuran secara terus menerus dalam jangka waktu yang panjang dengan kalibrasi pengukuran yang tetap terjaga selama pengukuran tersebut berlangsung. Hanya dengan satu kejadian saja tidak akan cukup untuk mengatakan bahwa sesuatu itu ‘ada’.
Jadi, LHC adalah mesin besar yang akan menghancurkan atom-atom sehingga bisa membuktikan bahwa Higgs Bosson (partikel Higgs) itu memang benar ada? Itu adalah salah satu alasan, tetapi alasan yang paling fundamental (raison d’être) adalah berdasarkan persamaan fundamental hubungan massa energi yang sangat terkenal dan dirumuskan oleh Albert Einstein: E = mc². Sehingga dengan mempercepat partikel-partikel (dalam hal ini partikel-partikel yang dipergunakan adalah hadron, yaitu proton dan timbal), mencapai kelajuan yang hampir mencapai laju cahaya, kemudian ditumbukkan maka energinya menjadi sangat luar biasa sehingga bisa berubah menjadi partikel-partikel jenis yang lain. Dari konversi materi-energi ini lah diharapkan akan tercipta materi-materi yang mungkin tercipta pada saat awal alam semesta ada dan hanya tercipta sesaat sebagai penyusun awal alam semesta.
Sebagaimana namanya, LHC mempergunakan Hadron untuk ditumbukkan, dan dua jenis hadron yaitu proton dan/atau timbal, karena:

• Keduanya bermuatan, sehingga bisa dipercepat oleh gaya elektromagnetik yang diciptakan oleh peralatan.
• Keduanya tidak mudah meluruh karena berat dan tidak akan kehilangan banyak energi ketika dipercepat di dalam lingkaran.

Jika memang demikian yang terjadi, lalu apa istimewanya sehingga pencarian partikel ini bisa berdampak besar bagi ilmu pengetahuan dan juga pemahaman kita tentang alam semesta? Partiel Higgs boson, dikenal juga sebagai partikel Tuhan, karena jika memang benar ada, partikel tersebut bisa menjelaskan banyak hal yang berkaitan keberadaan fisik benda-benda yang ada di seluruh alam semesta.
Secara umum, studi dari LHC diharapkan bisa menjawab beberapa pertanyaan, yang pertama tentunya keberadaan partikel Higgs boson. Selain itu, beberapa hal yang lain adalah:
Partikel Simetri Super. Semenjak awal tahun 1970-an, studi teori String telah dilakukan untuk menjawab impian Einstein yang belum terjawab, yaitu menyatukan semua teori menjadi Teori Tunggal (unified theory), yaitu hanya ada satu teori yang bisa menjelaskan interaksi semua gaya dan materi di alam semesta. Menurut teori simetri super, setiap spesies partikel (elektron, quark, neutrino, dll), simetri super menyebabkan keberadaan spesies pasangan – disebut sebagai spartikel (selektron, squark, sneutrino, dll) -, yang sampai sekarang belum pernah ditemukan. Dibutuhkan tumbukan yang lebih hebat sehingga spesies tersebut bisa ditemukan, (bila memang ada). LHC diperhitungkan cukup kuat untuk mengamati keberadaannya. Dan bila memang ditemukan, bisa juga memberi gambaran mengenai materi gelap – materi yang tidak memberikan informasi cahaya, dan hanya diketahui dari pengaruh gravitasinya. Materi gelap ada melimpah di dalam alam semesta ini, dan diduga bahwa materi gelap tersusun dari spartikel.
Partikel Antardimensi. Pemahaman kita pada ruang lebih banyak dipahami sebagai ruang dalam tiga dimensi, seperti kiri-kanan, atas-bawah, depan-belakang. Einstein sendiri telah menunjukkan bahwa ruang yang kita pahami lebih dari yang bisa kita lihat karena gravitasi merupakan kelengkungan dalam dimensi ruang (dan waktu), sehingga membongkar pemahaman kita akan ruang dan waktu. Sekarang, dengan adanya LHC, saatnya membuktikan. Dari perhitungan mempergunakan teori String, ada serpihan kecil akibat tumbukan proton yang terlempar keluar dari dimensi ruang yang kita kenal dan ‘terperangkap’ pada dimensi yang lain, ditandai dengan hilangnya sejumlah energi yang dibawa oleh serpihan tersebut. Tetapi kita masih belum tahu seberepa kuat tumbukan tersebut dibutuhkan sehingga proses tersebut terjadi, karena angkanya sendiri bergantung pada ketidaktahuan yang lain: seberapa kecil/besar dimensi ekstra, (jika memang ada). Ada atau tidak, pengujian dengan LHC tetap dilakukan dan hasilnya akan menentukan itu.
Hal yang lain adalah, Lubang Hitam Mikro. Studi dari teori String juga memberikan pendapat bahwa dengan tumbukan, maka lubang hitam bisa terbentuk, memungkinkan studi terhadap lubang hitam dilakukan dalam laboratorium. Hal tersebut dimungkinkan karena dengan pertumbukan proton-proton, ada suatu saat ketika energi tersekap dalam suatu ruang yang sangat kecil, sedemikian sehingga lubang hitamg yang sangat sangat kecil terbentuk. Tentulah sudah menjadi pemahaman umum bahwa lubang hitam adalah pemakan segalanya, bahkan cahaya pun bisa tersedot ke dalamnya. Jadi, apakah tidak menjadi berbahaya kalau lubang hitam tercipta dalam laboratorium akan menghisap semua materi yang ada di sekitarnya, bahkan menghisap Bumi kita? Tentu tidak!
Menurut Stephen Hawking, bahkan lubang hitam mengalami pemusnahan, sehingga lubang hitam yang sangat sangat kecil tersebut akan lenyap dalam fraksi kecil seper per per sekian detik, sehingga sangat pendek untuk menjadi sebuah bencana, tetapi cukup lama bagi para ilmuan untuk mendapatkan manfaat kelimuan dari informasi yang sesaat tersebut.
Tetapi, bila teori Hawking salah? Di dalam alam semesta ini, banyak sekali ‘mesin penghancur atom’ yang jauh lebih kuat dari LHC, dan tidak pernah dijaga sistem energinya. Bintang-bintang dan galaksi-galaksi adalah ‘mesin penghancur atom’ alamiah, dan hasil proses mesin tersebut, dikenal sebagai berkas kosmis, secara terus menerus menghujani Bumi, dengan tingkat energi yang jauh lebih besar daripada LHC, tetapi Bumi tetap ada, sehingga LHC masih bisa dikatakan lebih jinak dibandingkan semua proses yang terjadi di alam.
Apakah memang itu semua kandidat-kandidat partikel yang dihasilkan oleh LHC? Akankah semua penemuan tersebut bisa menjadikan teori tunggal yang bisa menjelaskan alam semesta? Toh penamaan partikel Tuhan mempunyai pretensi bahwa penemuan tersebut akan mengarahkan pada teori penyatuan agung alam semesta? Secara berseloroh, Stephen Hawking berani bertaruh $100 bahwa LHC tidak akan menghasilkan partikel Tuhan yang belum tentu jelas keberadaannya, dan semuanya harus kembali ke awal. Tentunya jika benar demikian, membutuhkan kerendahan hati untuk mengakui bahwa teori yang dikembangkan pun bisa salah, atau dikarenakan teori yang tidak lengkap, yang pasti menyebabkan seseorang harus mulai lagi dari awal.
Di sisi lain, eksperimen membuka kemungkinan yang lain, bisa saja bukan partikel Higgs, mungkin lubang hitam tidak seperti yang pernah kita bayangkan, tetapi bukan tidak mungkin sesuatu yang tidak kita pikirkan sebelumnya terjadi, dan itu membutuhkan penjelasan yang baru. Lalu apakah penjelasan tersebut bisa menjelaskan segalanya? Dengaan teknologi yang sangat mahal (mencapai US$ 8 milyar dari hasil kongsi 60 negara) dan canggih tentunya, apakah akan bisa membuka rahasia alam semesta? Tidak mudah menjawabnya, karena melihat kenyataan, baru beberapa hari berfungsi saja sudah mengalami gangguan, itu adalah contoh kecil bahwa untuk memahami alam semesta bukanlah pekerjaan yang mudah.
Tidak hanya tantangan teknis, tetapi belajar dari sejarah, sampai dengan abad ke -19, atom dipercaya sebagai komponen paling dasar penyusun materi, dan tidak bisa dipecah-pecah lagi. (Atom berasal dari bahasa Yunani yang artinya ‘tidak terbagi’). Tetapi alam selalu menunjukkan hal-hal yang tidak terbayangkan sebelumnya, J. J. Thomson menemukan elektron, yang artinya, artinya atom masih bisa dibagi lagi menjadi komponen yang lebih kecil. Lebih jauh, Ernest Rutherford menunjukkan bahwa atom tersusun dari adanya ruang-ruang kosong, karena atom tersusun dari elektron-elektron yang ‘mengorbit’ terhadap inti, dan massa atom ditentukan oleh massa inti. Dan terus menerus pemahaman manusia terhadap alam semesta diaduk-aduk, mulai dari teori Einstein yang menyatakan bahwa ruang-waktu tidaklah mutlak. Materi memelengkungkan ruang, ruang mengarahkan bagaimana materi bergerak. Cahaya adalah gelombang sekaligus partikel. Energi dan materi adalah sama, dan bisa berubah satu sama lain. Realitas menjadi sesuatu yang tidak bisa ditentukan secara pasti. Sampai saat ini pun, masih banyak hal-hal di alam yang belum bisa dijawab, kalau tidak, untuk apa ada proyek ambisius seperti LHC ini bukan? Seperti juga perjalanan studi LHC memberikan kita pelajaran: alam semesta tidak akan dengan mudah membuka rahasianya, dan itu hanya bisa dilakukan, hanya jika kita dengan sungguh-sungguh, tekun, tabah dan rendah hati mempelajari fenomena alam.