MAGNETISME TERSEMBUNYI NEUTRON AKHIRNYA TERLIHAT

Neutron yang sendirian tidak bertahan lama. Ia meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino: inilah peluruhan beta, versi paling sederhana dari proses yang ditemukan di seluruh fisika nuklir. Karena neutron bebas tidak dikelilingi inti, peluruhannya bebas dari koreksi rumit yang menyulitkan pengukuran nuklir.

Ramalan dari tahun 1950-an

Dalam teori gaya lemah, sebuah prinsip yang disebut arus vektor kekal (conserved vector current) menghubungkan sebagian interaksi lemah dengan elektromagnetisme. Salah satu ramalan khasnya, yang diperkenalkan Gell-Mann, adalah magnetisme lemah: gaya lemah membawa suku yang mirip magnetik, sama seperti arus elektromagnetik. Kekuatannya, ditulis g_M, ditentukan oleh momen magnetik proton dan neutron. Nilai yang diramalkan adalah 4,71.

Magnetisme lemah sudah teramati dalam beberapa peluruhan nuklir, dimulai dengan uji klasik oleh Lee, Mo, dan Wu. Tetapi dalam peluruhan neutron bebas, kasus yang paling bersih dari semuanya, efek ini belum pernah diukur secara langsung.

Dua besaran tak diketahui, satu pengukuran

Kendalanya bukan presisi. Besaran yang paling peka adalah asimetri beta: elektron tidak terlontar sama rata ke segala arah relatif terhadap spin neutron. Magnetisme lemah menggeser asimetri ini sekitar 1,4%, delapan kali presisi eksperimen terbaik, PERKEO III.

Namun asimetri itu juga bergantung pada bilangan kedua, λ, yaitu rasio dua kopling utama peluruhan tersebut. Satu pengukuran tidak bisa membedakan keduanya. Karena itu para eksperimentalis menetapkan magnetisme lemah pada nilai ramalannya dan memakai asimetri untuk mengukur λ.

Memecah kebuntuan

Miriam Camarasa-Domene, Martín González-Alonso (IFIC, Valencia), dan Martín Novoa-Brunet (IFIC dan IFAE, Barcelona) mengambil λ dari sumber lain. Dua besaran yang terukur dengan baik sudah cukup untuk menentukannya:

umur neutron, 878,36 detik dalam pilihan Particle Data Group;
“nilai Ft” dari peluruhan nuklir khusus yang hanya berlangsung lewat bagian vektor gaya lemah, 3.070,01 detik.

Keduanya terikat oleh hubungan r_n τ_n (1 + 3λ²) = 2 Ft, yang menghasilkan λ = −1,27598. Dengan λ terkunci, pengukuran asimetri bebas mengungkap magnetisme lemah.

5,1 sigma

Hasilnya: g_M = 4,47 ± 0,87, sesuai dengan ramalan 4,71. Dunia tanpa magnetisme lemah (g_M = 0) tersingkir pada 5,1 sigma, di atas ambang 5 sigma. Para penulis menyebutnya pengamatan pertama magnetisme lemah dalam peluruhan neutron bebas.

Kontur kepercayaan berbentuk elips pada bidang lambda terhadap g_M, dan sebuah parabola di bawahnya yang menunjukkan profil di sekitar 4,5.

Batasan gabungan: pita merah berasal dari umur dan Ft, pita biru dari asimetri; perpotongannya menentukan g_M, jauh dari nol (garis titik-titik) dan dekat dengan ramalan (garis putus-putus). — Gambar 1, Camarasa-Domene, González-Alonso & Novoa-Brunet (2026), arXiv:2610.26792, CC BY 4.0.

Data neutron dikenal memiliki ketidaksesuaian internal, antara pengukuran asimetri lama dan baru serta antara dua cara mengukur umur. Karena itu tim mengulang analisis dengan pilihan data yang berbeda. Signifikansinya tetap antara 5,0 dan 6,1 sigma, dan naik menjadi 6,1 bila hanya memakai pengukuran asimetri modern yang saling konsisten. Pencocokan global sebelumnya, yang ikut ditandatangani salah satu penulis, menemukan isyarat 3 sigma.

Mereka juga memeriksa apakah ketergantungan asimetri pada energi bisa membantu. Pada presisi saat ini, hal itu hanya akan memperbaiki pengukuran beberapa persen.

Tiga tuas untuk langkah berikutnya

Ketiga masukan, yaitu asimetri, umur, dan nilai Ft nuklir, menyumbang kira-kira sama besar pada ketidakpastian yang tersisa. Pengukuran baru pada salah satu dari ketiganya, atau perhitungan koreksi nuklir yang lebih baik, akan mengubah penampakan pertama ini menjadi uji presisi Model Standar. Pekerjaan di ketiga lini itu sudah berjalan.