GARAM LAUT MENANGKAP PARTIKEL HANTU

Teleskop neutrino raksasa seperti IceCube dan KM3NeT mengubah es alami atau air laut menjadi detektor: berkilometer kubik medium transparan, diawasi ribuan sensor cahaya. Teleskop-teleskop ini sudah menangkap neutrino dari luar angkasa dengan energi yang sangat besar. Namun, pada energi yang lebih rendah, di kisaran beberapa juta elektronvolt (MeV), sensornya terlalu berjauhan untuk menangkap satu interaksi neutrino. Mereka hanya bisa melihat kenaikan kolektif pada laju hitungannya.

Sayang sekali, karena neutrino MeV membawa informasi berharga. Sebuah bintang yang runtuh di dekat kita — supernova keruntuhan inti — melepaskan sekitar 10⁵⁸ neutrino, langsung dari jantungnya. Neutrino lain, yang disebut geoneutrino, menyelidiki bagian dalam Bumi; neutrino dari reaktor nuklir memungkinkan pengukuran yang presisi dan pemantauan jarak jauh.

Sinyal dalam dua ketukan

Antineutrino elektron ditangkap melalui reaksi yang disebut peluruhan beta terbalik: antineutrino menabrak sebuah proton dan menghasilkan sebuah positron — kembaran antimateri elektron — dan sebuah neutron. Positron memancarkan kilatan cahaya seketika. Neutron berkeliaran sebentar, lalu ditangkap oleh sebuah inti atom, yang memancarkan kilatan kedua. Dua kilatan, berdekatan dalam waktu dan tempat: sebuah tanda yang jarang ditiru oleh derau latar.

Dalam air murni, neutron ditangkap hidrogen setelah sekitar 200 mikrodetik, dengan memancarkan sinar gama yang hanya 2,2 MeV. Detektor padat seperti Super-Kamiokande atau SNO+ bisa melihatnya. Dalam teleskop samudra yang sensornya jarang, terkubur dalam derau muon kosmik, derau sensor, dan radioaktivitas alami — terutama kalium-40 yang terlarut dalam air laut — sinyal itu nyaris tak terlihat.

Klorin datang menolong

Ruike Cao, Iwan Morton-Blake, Donglian Xu, dan rekan-rekan mereka di Shanghai Jiao Tong University menunjukkan bahwa air laut sudah mengandung jawabannya. Klorin-35 hanya menyusun sekitar 0,25% inti atom dalam air laut, tetapi ia menangkap neutron lambat sekitar 130 kali lebih mudah daripada hidrogen (43,6 barn lawan 0,333 — barn adalah satuan yang dipakai fisikawan untuk peluang sebuah inti atom menangkap suatu partikel). Dan penangkapannya melepaskan rentetan sinar gama senilai sekitar 8,6 MeV — empat kali lebih banyak energi, jadi jauh lebih banyak foton yang bisa dideteksi.

Penangkapannya juga lebih cepat: sekitar 130 mikrodetik di air laut, bukan sekitar 200 di air murni. Waktu tunggu yang lebih singkat berarti jendela waktu yang lebih sempit, dan lebih sedikit kebetulan acak.

Dua kali lebih jauh

Tim menyimulasikan gagasan ini pada TRIDENT, teleskop neutrino generasi berikutnya yang direncanakan di Laut Tiongkok Selatan, yang akan melengkapi sekitar 10 kilometer kubik air dengan sekitar 1.000 untaian modul sensor. Setiap modul berisi 31 sensor cahaya kecil, sehingga bisa disyaratkan beberapa di antaranya menyala bersamaan. Simulasi mereka memasukkan aktivitas kalium-40 yang diukur di lokasi dan muon yang masih mencapai kedalaman sekitar 3 kilometer.

Empat penyaring memilih antineutrino: berapa banyak sensor yang menyala, jeda antara kedua kilatan (kurang dari 0,3 milidetik), arah cahaya, dan veto ketika modul-modul tetangga melihat muon yang lewat.

Peningkatannya besar. Untuk bintang acuan bermassa 27 kali Matahari, TRIDENT akan mendeteksi keruntuhan dengan signifikansi 5 sigma — ambang yang dipakai fisikawan untuk sebuah penemuan, dengan peluang kebetulan kurang dari satu banding sejuta — hingga sekitar 50 kiloparsec (satu kiloparsec sekitar 3.260 tahun cahaya) jika hanya memakai kilatan pertama. Menambahkan neutron yang ditandai klorin memperluasnya hingga lebih dari 100 kiloparsec — dua kali jaraknya. Dengan model supernova lain (30 massa Matahari), cakrawalanya bertambah dari sekitar 60 menjadi 125 kiloparsec.

Kiri: di air laut (biru), penangkapan neutron datang lebih cepat dan lebih terlihat daripada di air murni (oranye). Kanan: menandai neutron (merah) mendorong cakrawala supernova TRIDENT jauh melampaui sinyal kilatan pertama saja (biru tua). — Gambar 2, Cao dkk. (2026), arXiv:2610.30754.

Diuji di bawah gunung

Untuk memeriksa prinsipnya, tim menurunkan satu modul TRIDENT ke dalam tangki air 0,5 ton di China Jinping Underground Laboratory, di bawah 2,4 kilometer batuan yang menghalangi sebagian besar muon kosmik. Sebuah sumber amerisium–berilium yang berjarak 30 sentimeter menghasilkan pola dua ketukan yang sama seperti antineutrino: sinar gama, lalu neutron.

Mereka mencoba air murni, air yang digarami hingga setara konsentrasi air laut, dan air bergaram dengan tambahan kalium klorida untuk meniru radioaktivitas laut. Di air bergaram, muncul kelebihan kilatan kedua yang cepat, dengan signifikansi di atas 3,4 sigma (di bawah ambang penemuan 5 sigma, tetapi jauh melampaui kebetulan) dan waktu penangkapan 0,14 ± 0,04 milidetik — sesuai dengan air laut. Tanpa sumber, tidak ada apa-apa. Dengan tambahan kalium, kelebihannya lebih lemah, sekitar 2 sigma.

Kiri: susunan uji di Jinping. Kanan: dengan sumber di dalam air bergaram (hitam), kelebihan jeda pendek cocok dengan simulasi penangkapan neutron (garis putus-putus). — Gambar 3, Cao dkk. (2026), arXiv:2610.30754.

Samudra penuh detektor

Para penulis melihat trik yang sama bisa bekerja di teleskop air laut lain dengan modul multisensor, seperti KM3NeT dan P-ONE. Karena garamnya sudah ada, mereka juga membayangkan detektor antineutrino yang tersebar di laut, masing-masing ditempatkan untuk sasarannya sendiri: bintang yang meledak, reaktor nuklir, atau bagian dalam Bumi. Salinitas alami laut, tulis mereka, menjadi aset alih-alih derau latar. Hasil-hasil ini bertumpu pada simulasi teleskop yang masih direncanakan, ditambah satu uji tangki.