Proses Annihilasi dan Kreasi Partikel dalam QFT

Dalam dunia subatomik, partikel bisa muncul dan lenyap. Fenomena ini terdengar tidak masuk akal dalam fisika klasik, tetapi merupakan inti dari Quantum Field Theory (QFT). Melalui teori ini, fisikawan dapat menjelaskan bagaimana partikel bisa diciptakan (kreasi) atau dihancurkan (annihilasi) dalam berbagai proses fisika fundamental.

Annihilasi: Ketika Partikel dan Antipartikel Bertemu

Annihilasi adalah proses ketika partikel dan antipartikel bertemu dan saling menghancurkan, mengubah massa keduanya menjadi energi, biasanya dalam bentuk foton. Contoh paling umum adalah:

• Elektron + Positron → 2 Foton

Proses ini tidak hanya mematuhi hukum kekekalan energi, tetapi juga kekekalan momentum dan muatan.

Landasan Teori:

• Hukum Kekekalan Energi dan Momentum

• Simetri CPT

• Konservasi Bilangan Kuantum (misalnya lepton number)

Kreasi Partikel: Energi Menjadi Massa

Kreasi partikel adalah kebalikan dari annihilasi. Dalam kondisi energi tinggi—seperti di dalam akselerator partikel atau alam semesta awal—energi dapat berubah menjadi pasangan partikel dan antipartikel.

Contoh:

• Foton (energi tinggi) + medan → Elektron + Positron

Fenomena ini dijelaskan oleh relasi Einstein:

E=mc2E = mc^2E=mc2

yang menyatakan bahwa energi dapat diubah menjadi massa, asalkan hukum kekekalan tetap berlaku.

Bagaimana QFT Menjelaskannya?

Dalam QFT, partikel adalah eksitasi dari medan kuantum. Proses kreasi dan annihilasi dimodelkan secara matematis menggunakan operator kreasi dan annihilasi. Diagram Feynman membantu menggambarkan proses-proses ini secara visual, termasuk arah aliran waktu dan pertukaran partikel virtual.

Mekanisme Kunci dalam QFT:

• Operator Kreasi (a†): menambah satu partikel dalam medan

• Operator Annihilasi (a): menghilangkan satu partikel dari medan

• Diagram Feynman: merepresentasikan interaksi antar medan

Kesimpulan

Proses annihilasi dan kreasi partikel adalah bukti bahwa realitas subatomik bersifat dinamis dan penuh transformasi. Quantum Field Theory tidak hanya menjelaskan keberadaan partikel, tapi juga bagaimana mereka muncul dan menghilang melalui medan kuantum. Pemahaman ini penting untuk menjelaskan proses-proses di dalam reaktor nuklir, sinar kosmik, bahkan pembentukan alam semesta.