Bandung, 9 Mei 2026 — Beberapa minggu lalu, dunia fisika partikel kembali menjadi sorotan. Eksperimen Muon g-2 di Fermilab menerima penghargaan bergengsi Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2025, sebuah penghargaan yang sering dijuluki sebagai “Oscar-nya dunia sains”. Breakthrough Prize sendiri didirikan oleh sejumlah tokoh teknologi dan orang-orang terkaya dunia seperti Yuri Milner, Mark Zuckerberg, dan Sergey Brin. Penghargaan ini diberikan kepada pencapaian sains yang dianggap berhasil mendorong batas pengetahuan manusia tentang alam semesta.

Menariknya, Muon g-2 bukanlah eksperimen yang “menemukan” partikel baru seperti Higgs boson di CERN. Eksperimen ini masuk dalam kategori yang berbeda: precision experiment. Dalam fisika partikel modern, terdapat dua pendekatan besar. Pertama adalah discovery machine, yaitu eksperimen energi tinggi seperti LHC yang mencoba menciptakan partikel-partikel baru melalui tumbukan berenergi ekstrem. Kedua adalah precision machine, yaitu eksperimen yang mengukur suatu besaran fisika dengan presisi luar biasa untuk mencari retakan kecil pada teori yang sudah ada. Muon g-2 berada pada kategori kedua. Alih-alih menghancurkan partikel, eksperimen ini “mendengarkan” perilaku muon dengan ketelitian hingga orde parts per billion.

Lalu apa sebenarnya yang diukur? Eksperimen ini mengukur apa yang disebut sebagai anomalous magnetic moment dari muon. Dalam mekanika kuantum relativistik, partikel bermuatan yang memiliki spin akan bertindak layaknya magnet kecil. Kekuatan interaksi magnetiknya dinyatakan melalui faktor (g). Teori Dirac yang lahir pada akhir 1920-an memprediksi bahwa partikel elementer seperti elektron atau muon seharusnya memiliki (g = 2). Namun alam ternyata sedikit lebih rumit. Ketika diukur dengan sangat presisi, nilai tersebut ternyata tidak persis dua. Ada deviasi kecil yang disebut sebagai anomaly, sehingga didefinisikan:

a_µ = (g-2)/2

Deviasi kecil inilah yang menjadi pusat perhatian eksperimen Muon g-2.

Mengapa nilai ini bisa menyimpang dari dua? Jawabannya membawa kita pada salah satu konsep paling indah sekaligus aneh dalam fisika modern: vacuum kuantum. Dalam fisika klasik, vacuum berarti ruang kosong. Namun dalam quantum field theory, vacuum sama sekali tidak kosong. Vacuum memiliki energi dasar (zero-point energy) yang memungkinkan muncul dan lenyapnya pasangan partikel-antipartikel secara spontan dalam waktu yang sangat singkat. Proses ini dikenal sebagai pair production dan pair annihilation. Muon yang bergerak di vacuum tidak pernah benar-benar sendirian. Ia dikelilingi “awan” partikel virtual: foton virtual, pasangan elektron-positron virtual, bahkan kontribusi partikel yang lebih berat seperti boson W dan Z.

Kontribusi partikel-partikel virtual ini dapat digambarkan melalui loop diagram dalam Feynman diagram. Para teoritikus menghitung semua kontribusi loop tersebut berdasarkan Standard Model: mulai dari Quantum Electrodynamics (QED), interaksi lemah, hingga kontribusi hadronik dari QCD. Hasil perhitungan teoritis ini kemudian dibandingkan dengan hasil eksperimen. Jika keduanya cocok, maka Standard Model kembali terbukti luar biasa akurat. Namun jika tidak cocok, maka ada sesuatu yang belum kita pahami tentang alam semesta.

Dan di sinilah Muon g-2 menjadi sangat menarik.

Pengukuran sebelumnya di Brookhaven National Laboratory, yang kemudian diperbarui dan dipertajam oleh Fermilab, menunjukkan adanya deviasi antara prediksi teori dan hasil eksperimen. Dalam dunia fisika partikel, tingkat signifikansi statistik biasanya dinyatakan dalam satuan sigma ((\sigma)). Semakin besar sigma, semakin kecil kemungkinan hasil tersebut hanyalah fluktuasi statistik biasa. Secara umum, komunitas fisika menetapkan ambang 5 sigma sebagai standar “discovery”. Sebagai perbandingan, penemuan Higgs boson di CERN diumumkan setelah melampaui 5 sigma.

Hasil awal Muon g-2 sempat menunjukkan deviasi sekitar 4.2 sigma antara teori dan eksperimen. Ini cukup besar untuk membuat komunitas fisika global heboh. Artinya, kemungkinan bahwa deviasi tersebut hanyalah kebetulan statistik sangat kecil. Jika deviasi ini benar, maka ada kontribusi loop diagram yang belum terhitung dalam Standard Model. Dengan kata lain: ada fisika baru. Bisa jadi partikel baru, gaya baru, dark sector, supersymmetry, atau bentuk beyond Standard Model lainnya.

Secara resmi, hasil Fermilab terbaru mengukur nilai anomalous magnetic moment muon dengan presisi sekitar 0.2 parts per million, menjadikannya salah satu pengukuran paling presisi dalam sejarah fisika partikel. Namun misterinya belum selesai. Eksperimen Muon g-2 masih memberikan hasil yang sangat menarik, tetapi kini para teoritikus justru sedang berdebat mengenai prediksi teori Standard Model itu sendiri.

Eksperimen ini pada dasarnya mengukur bagaimana spin muon berpresesi di dalam medan magnet yang sangat homogen. Muon diproduksi dari peluruhan pion yang dihasilkan ketika proton berenergi tinggi ditembakkan ke target. Berkas muon terpolarisasi kemudian dimasukkan ke dalam storage ring raksasa berdiameter sekitar 14 meter. Ketika bergerak dalam medan magnet, spin muon akan berpresesi seperti gasing kecil. Frekuensi presesi inilah yang diukur dengan sangat presisi melalui deteksi positron hasil peluruhan muon.

Yang luar biasa adalah: eksperimen ini tidak “melihat” partikel virtual secara langsung. Namun melalui perubahan sangat kecil pada gerakan spin muon, para fisikawan dapat mendeteksi jejak keberadaan partikel-partikel yang bahkan mungkin belum pernah ditemukan manusia. Inilah keindahan fisika partikel modern. Kita tidak selalu membutuhkan energi terbesar untuk memahami alam semesta. Kadang-kadang, cukup dengan mengukur sesuatu dengan ketelitian luar biasa, alam mulai membisikkan rahasianya.

Muon g-2 menunjukkan kepada kita bahwa fisika bukan hanya tentang ledakan partikel dan mesin raksasa, tetapi juga tentang presisi, kesabaran, dan kemampuan manusia membaca penyimpangan kecil dari hukum alam. Sebuah deviasi mungil pada digit kesekian ternyata bisa menjadi petunjuk menuju revolusi fisika berikutnya.

***

Tulisan ini dibuat oleh Zulkaida Akbar, ketua kelompok riset experimental high-energy physics, Pusat Riset Fisika Kuantum, BRIN. Saat ini penulis adalah anggota kolaborasi eksperimen ALICE di CERN. Sebelum bergabung dengan BRIN dan CERN, penulis adalah anggota kolaborasi eksperimen di Fermilab dan Jefferson Lab, USA. Penulis juga merupakan alumni Fisika angkatan 2003. Penulis dapat dihubungi di akbar.zulkaida@gmail.com (Email) atau +1-850-443-6517 (WA) atau melalui social media zulkaida akbar (facebook) dan @zulkaidaizul (Instagram)

Editor: AU, FT