PERKEMBANGAN MODEL TEORI ATOM

UNDU FILENYA KLIK DISINI ATAU DISINI

Materi Kuliah Astrofisika


    Para ilmuwan Yunani kuno berselisih paham tentang materi. Pendapat pertama yang didukung oleh Aristoteles menyatakan bahwa materi dapat dibagi terus-menerus tanpa batas. Pendapat kedua dikembangkan oleh Leukipos dan Demokritos, yang menyatakan bahwa materi tidak dapat dibagi terus-menerus, yang berarti terdapat suatu partikel yang sudah tidak dapat dibagi lagi yang disebut sebagai atom. Kedua pendapat tersebut hanyalah pemikiran tanpa didasari percobaan.

1.    Teori Atom Dalton
John Dalton (1802), imuwan berkebangsaan Inggris dengan hasil percobaan secara fisika dan kimia mengemukakan teori atom yang selanjutnya dikenal dengan teori atom Dalton.
Teori yang dikembangkannya itu berbunyi sebagai berikut:
a.    Atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibagi-bagi.
b.    Model atom berupa bola pejal.
c.    Atom-atom dari unsur yang sama akan mempunyai sifat yang sama dan tidak dapat berubah menjadi atom yang lain.
d.    Atom dari suatu unsur dapat bergabung dengan atom dari unsur lain dan akan membentuk molekul
e.    Pada rekasi kimia, atom-atom berpisah kemudian bergabung lagi dengan susunan yang berbeda dengan semula dengan massa keseluruhan tetap.
f.    Pada reaksi kimia, atom-atom akan bergabung menurut perbandingan tertentu yang sederhana.

2.    Teori Atom Thomson
J.J Thomson menemukan elektron yang bermuatan listrik negatif dengan tabung sinar katode. Penemuaan ini menunjukkan fakta bahwa  atom tersusun dari partikel-partikel penyusun atom. Thomson juga berhasil menemukan suatu partikel bermuatan positif dari percobaannya dengan menggunakan sinar katode yang berisi gas hidrogen bertekanan rendah. Thomson menyebut partikel bermuatan positif tersebut adalah proton.

Gambar Model Atom Thomson

Atas dasar penemuaan tersebut, ia kemudian menyusun model atom sebagai berikut;
a.    Atom bukan bagian terkecil dari zat
b.    Atom mempunyai muatan positif yang tersebar merata ke seluruh atom yang dinetralkan oleh elektron-elektron yang tersebar di antara muatan positif itu.
c.    Massa elektron jauh lebih kecil dari massa atom
d.    Jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, sehingga atom bersifat netral
Kesimpulan yang dibuat Thomson berdasarkan hasil percobaannya menyangkal teori yang dikemukakan oleh Jhon Dalton.

3.    Teori Atom Rutherford
Teori atom Thomson diuji oleh Ernest Rutherford. Ia menguji kebenaran teori Thomson dengan melakukan percobaan menggunakan partikel alfa yang ditembakkan pada sebuah keping logam emas yang sangat tipis.

Gambar Percobaan Hamburan Rutherford

 Berdasarkan hasil percobaannya, Rutherford menyusun model atomnya secara garis besar sebagai berikut.
a.    Pada atom, muatan positif dan sebagian besar massa atom terpusat pada suatu titik, yaitu di tengah-tengah atom yang disebut inti atom.
b.    Sebagian besar ruangan dalam atom merupakan ruang kosong, yang ditunjukkan oleh banyaknya partikel alfa yang diteruskan dalam percobaan Rutherford.
c.    Di luar inti pada jarak relatif jauh, elektron bergerak mengelilingi inti dalam lintasan-lintasan seperti planet-planet mengitari matahari dalam sistem tata surya.

Gambar Model Atom Rutherford

Materi: Partikel Elementer
4.    Teori Atom Niels Bhor
Niels Bhor, pada tahun 1913 mengemukakan bahwa struktur atom mirip seperti sistem tata surya. Inti atom berada di pusat sistem atom dan elektron berada pada lintasan tertentu yang disebut kulit atom. Untuk menguatkan teori atom yang diusulkannya, Bhor menyusun postulat (dalil) tentang atom sebagai berikut.
a.    Elektron mengelilingi inti dalam orbit yang mengandung bilangan bulat kali panjang gelombang de Broglie,
b.    Elektron menempati orbit tertentu, berbagai orbit berkaitan dengan energi elektron yang berbeda-beda dirumuskan sebagai tingkat energi dari atom hidrogen.
c.    Energi yang diradiasikan hanya ketika elektron loncat (bertransisi) dari orbit stasioner satu ke orbit stasioner lainnya yang lebih rendah.
d.    Momentum sudut elektron dalam orbit memenuhi keadaan kuantum (bilangan kuantum).

PARTIKEL ELEMENTER

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

            Untuk semua insan Saintis, atom bukanlah sebuah kata yang asing di telinga. Yang oleh Dalton, menyebutnya sebagai bagian terkecil dari suatu materi yang tak bisa dibagi – bagi lagi. Akan tetapi seiring perjalanan waktu, sejarah membantahkan pernyataan tersebut.

            Perjalanan sejarah, guna mencari jawaban partikel penyusun seluruh materi di alam semesta, di rintis oleh Dalton. Seperti yang telah di sebutkan diatas. Di tahun 1897, Thomson menemukan; atom dikelilingi muatan – muatan positif dan negatif. Perjalanan selanjutnya di lalui Rutherford yang menemukan inti atom, dan proton. Hasil ini, menunjukan pada dunia bahwa atom ternyata bukanlah partikel elementer. Hal ini di kuatkan dengan penemuan neutron oleh Chadwick di tahun 1932.

            Perjalanan tidak berhenti di situ, di tahun 1935 Yukawa, fisikawan Jepang menyampaikan ke pada dunia terdapat meson, partikel berusia pendek yang meloncat dari proton ke neutron dan kembali lagi ke proton.

            Di tahun 1964, Murray Gell-Mann memperkenalkan kuark, partikel yang berinteraksi kuat. Dan oleh gagasannya: jalan delapan-lipat mengelompokkan partikel elementer ke struktur hadron. Perjalanan panjang ini menghantarkan lahirnya sebuah cabang ilmu fisika, yaitu fisika partikel. Ilmu yang mempelajari unsur fundamental pembentuk seluruh materi di alam semesta.

            Tapi, bagaimana sifat dan karakteristik partikel-partikel dasar itu sesungguhnya hingga kini masih dipelajari para ahli. Berdasarkan hal tersebut, maka penulis menyusun makalah yang berjudul “Partikel Elementer”.

B.     Rumusan Masalah

1.      Apa yang dimaksudkan dengan partikel elementer?

2.      Apa yang dimasudkan dengan lepton?

3.      Apa yang dimasudkan dengan hadron?

C.     Tujuan Penulisan

1.      Untuk mengetahui pengertian partikel elementer.

2.      Untuk mengetahui pengertian lepton.

3.      Untuk mengetahui pengertian hadron.

D.    Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah dengan metode kajian pustaka. 

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Partikel Elementer.

            Partikel elementer adalah sebuah partikel yang terbangun dari sejumlah kecil partikel yang belum dikenal atau belum terdeteksi bagian-bagiannya. Entah tersusun dari 1 partikel (partikel tunggal) atau tersusun dari beberapa partikel. Namun kenyataannya, partikel-partikel elementer merupakan unsur pokok yang membangun materi. Secara singkat, partikel elementer dapat didefinisikan sebagai unsur fundamental pembentuk seluruh materi di alam semesta.

Klasifikasi partikel elementer

Semua partikel dipengaruhi oleh empat buah gaya yaitu:

§  Gaya Kuat, yang bertanggung jawab pada ikatan inti.

§  Gaya Elektromagnetik, gaya yang berkekuatan sekitar 1/100 dari gaya kuat.

§  Gaya Lemah, gaya yang berkekuatan sekitar 10 ^{– 13} dari gaya kuat.

§  Gaya Gravitasi, gaya yang berkekuatan sekitar 10 ^{– 38} dari gaya kuat.

            Keempat jenis gaya interaksi di atas dapat berlangsung meskipun fisik benda tidak saling bersentuhan, dan keempat interaksi ini bersama – sama bertanggung jawab atas semua gaya teramati yang berlangsung di dalam alam semesta ini.

            Interaksi kuat, interaksi ini berfungsi hanya antara hadron dan bertanggung jawab atas gaya antar nukleon yang menghasilkan kemantapan inti atom yang amat kuat. Interaksi ini bekerja pada jangkauan yang sangat pendek dalam inti dan digambarkan sebagai pertukaran meson maya.

            Interaksi elektromagnetik, interaksi ini bertanggung jawab atas gaya – gaya yang mengendalikan struktur atom, reaksi kimia, dan seluruh fenomena elektromagnetik. Interaksi ini dapat tarik – menarik dan tolak – menolak. Beberapa partikel netral meluruh akibat interaksi elektromagnetik. Interaksi ini dapat digambarkan dengan medan gaya klasik atau dengan pertukaran foton maya.

            Interaksi lemah, interaksi ini berlangsung antara lepton dan rerasan hadron. Interaksi ini bertanggung jawab atas rerasan beta partikel – partikel dan inti. Pada model yang berlaku saat ini, interaksi lemah digambarkan sebagai gaya perantara yang mempertukarkan partikel maya. Interaksi ini dijelaskan oleh teori elektrolemah.

            Interaksi gravitasi, gaya yang dihasilkan interaksi ini bekerja di antara semua benda yang memiliki massa dan gaya ini selalu tarik – menarik. Interaksi ini dapat digambarkan dengan ungkapan medan gaya klasik, yaitu gaya menjadi semakin kecil bersamaan dengan kuadrat jarak antara benda – benda yang berinteraksi.

Berdasarkan massa partikel, yaitu;

§  Lepton

§  Meson

§  Baryon

Dalam perkembangan selanjutnya, meson dan baryon dikelompokkan dalan satu grup yaitu hadron.

B.     Lepton

            Lepton merupakan partikel elementer yang paling sederhana. Partikel ini mendekati partikel-titik, dan bahkan tidak ditemukannya struktur internal lepton dan ruang. Lepton terdiri dari elektron, muon, partikel tau, dan tiga macam neutrino, yakni pertama; neutrino yang berhubungan dengan elektron (elektron neutrino), kedua; neutrino yang berhubungan dengan muon (muon neutrino), dan yang ketiga; neutrino yang berhubungan dengan partikel tau.

Ø  Foton

            Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat gelombang maupun partikel ("dualisme gelombang-partikel").

            Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain.

            Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:

            E = , di mana h adalah konstanta Planck, c adalah laju cahaya, dan λ                                adalah panjang gelombangnya.

            Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.

            Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.

            Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis.

            Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einstein untuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.

            Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum dan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan listrik dan medan magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu. Sifat-sifat intrinsik foton seperti muatan listrik, massa dan spin ditentukan dari kesetangkupan gauge ini.

            Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik seperti kriptografi kuantum.

Ø  Elektron

            Elektron adalah partikel elementer yang pertama, yang teorinya telah dikembangkan oleh beberapa tokoh fisika. Salah satunya Dirac. Oleh Dirac, menyebutkan bahwa didapatnya persamaan gelombang untuk partikel bermuatan dalam medan elektromagnetik dengan memasukkan efek relativitas khusus. Ketika massa dan muatan elektron hasil pengamatan dimasukkan dalam solusi yang sesuai  persamaan tersebut, momentum sudut elektron didapatkan ½ h dan momen magnetiknya didapatkan eh/2m, satu magneton Bhor.

            Hasil yang tak terduga dari teori Dirac ialah ramalan adanya elektron positif yang bisanya disebut positron. Positron sering disebut sebagai antipartikel dari elektron, karena positron dapat bergabung dan musnah bersama elektron. Antipartikel dari suatu partikel mempunyai massa, spin dan umur yang sama, tetapi muatannya (jika ada) arahnya berlawanan dan penjajaran atau anti-penjajaran antara spinnya dan momen magnetiknya selalu berlawanan dengan partikelnya.

Ø  Muon

            Muon ditemukan oleh Carl D. Anderson pada tahun 1963 sewaktu ia mempelajari kosmis. Ia menyatakan partikel – partikel yang melengkung dalam suatu cara berbeda dari elektron dan partikel – partikel yang dikenal ketika melewati medan magnetik. Secara khusus, partikel baru ini melengkung menuju derajat yang lebih kecil dibanding elektron, dan demikian untuk menghitung perbedaan kelengkungan, itu dianggap bahwa partikel – partikel ini adalah massa menengah (terletak antara elektron dan proton).

            Dalam model standar fisika partikel, muon (dari kata Yunani ) adalah sebuah partikel fundamental semi stabil dengan muatan listrik negatif dan berspin ½. Muon memiliki pasangan antimateri bermuatan berlawanan tetapi memiliki massa dan spin yang sama antimuon.

            Di bumi, muon diciptakan ketika pion bermuatan meluruh. Pion diciptakan di atmosfer atas oleh radiasi kosmis dan memiliki waktu peluruhan yang sangat pendek beberapa nanodetik. Muon tercipta ketika peluruhan pion juga hidup pendek waktu peluruhan mereka adalah 2,2 mikrodetik. Akan tetapi muon di atmosfer bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi, sehingga efek dilasi waktu dari relativitas khusus membuat mereka menjadi mudah dideteksi pada permukaan bumi.

            Muon adalah partikel elementer pertama yang ditemukan yang tidak muncul dalam atom biasa. Muon negatif dapat, bagaimana pun, membentuk atom muonik dengan menggantikan elektron dalam atom biasa. Atom muonik adalah jauh lebih kecil dibanding atom sejenis karena, untuk mengekalkan momentum anguler, muon yang lebih masif harus lebih dekat ke inti atom dibanding pasangan elektron yang kurang masih.

            Muon positif, ketika dihentikan dalam materi biasa, dapat juga mengikat sebuah elektron dan membentuk atom muonium (Mu), dimana muon beraksi sebagai inti. Massa tereduksi dari muonium, yakni jari-jari Bohrnya, adalah sangat dekat ke hidrogen, oleh karenanya atom berumur pendek ini berperilaku secara kimiawi - dalam aproksimasi pertama - seperti isotopnya yang lebih berat, hidrogen, deuterium dan tritium.

C.     Hadron

           

            Hadron adalah partikel elementer yang mengalami interaksi kuat dan interaksi lemah. Hadron berbeda dengan lepton. Ia menempati ruang, alih – alih berukuran infinitesimal: hadron berukuran diameter sedikit lebih besar dari 10 ^{– 15} m.

            Hadron dapat berupa meson yang merupakan partikel spin 0 yang massa-diamnya terletak antara muon dan proton, atau baryon yaitu, partikel spin ½ atau 2/3 yang massanya sama atau lebih besar dari proton.

            Proton, termasuk kelas barion, dan telah lama dikira orang merupakan satu – satunya hadron mantap. Brion yang lebih berat dari neutron disebut hiperon dan semuanya tak-mantap dengan umur rata – rata kurang dari 10 ^{– 9} s.