Makalah Kestabilan Inti

KESTABILAN INTI ATOM, ENERGI IKAT INTI STABIL, RUMUS EMPIRIS WEISZACKER DAN PARTIKEL ELEMENTER

Makalah

Di ajukan Untuk Memenuhi Tugas  Mata Kuliah Fisika Inti

Dosen Pengampu: Wiwis  Sasmitaning Hidayah, M.Si.

 

Oleh:

M. Syifauddin (11640007)

Lailatul Maghfiroh (13640046)

Fitriana Latifatul Wahidah (13640049)

Meyldha Lukkyana Sari (13640061)

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG

2015

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

              Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi kian melesat dengan cepat. Semakin kita tidak peduli dengan ilmu pengetahuan yang berkembang dengan cepat (baik dengan berbagai alasan) maka semakin cepat kita menjadi manusia kuno di jaman modern ini. Istilah kurang gaul mungkin akan melekat pada nama kita. Jika ingin itu terjadi pada diri kita, maka mulailah bergaul dengan ilmu pengetahuan dan teknologi serta fahami bahasa ilmu alam yang digunakan.

              Untuk mengikuti ilmu pengetahuan yang terus berkembang tidak hanya cukup dengan membeli peralatan canggih dan praktis serta memasang di rumah kita. Melainkan konsep-konsep pembangun dalam teknologi itu harus kita fahami jika kita tidak ingin mudah untuk ditipu dengan berbagai alat modern yang sebenarnya dapat kita buat sendiri.

Ilmu pengetahuan dan teknologi yang ada saat ini merupakan hasil perpaduan berbagai disiplin ilmu. Khususnya ilmu alam yang sangat fundamental dalam kehidupan kita. Terlepas dari anggapan sebagian orang yang berpendapat bahwa ilmu yang pertama kali lahir adalah ilmu kimia. Kimia memang memegang tongkat dasar dari teknologi. Tidak dapat kita pungkiri alat-alat modern yang kini muncul didepan kita sebagian besar muncul berkat konsep dasar ilmu Kimia.

Dimulai dari jaman Aristoteles sampai jaman Einstein, Fisika telah berkembang dan memegang peranan penting bagi kehidupan manusia.  Sampai pada batas imajinasi manusia yang terletak pada materi ultra mini yang disebut dengan atom.

Untuk itu kita perlu mempelajari beberapa tentang atom dan inti atom. Maka dari itu untuk mengetahui pengertian kestabilan inti atom, energi ikat inti stabil, rumus empiris weiszacker dan bagian-bagian partikel elementer ditulislah makalah ini yang berjudul “Kestabilan Inti Atom, Energi Ikat Inti Stabil, Rumus Empiris Weiszacker Dan Partikel Elementer.

1.2  Rumusan Masalah

1.      Apa Pengertian Kestabilan Inti Atom?

2.      Bagaimana Energi Ikat Inti Stabil?

3.      Bagaimana Rumus Empiris Weiszacker?

4.      Apa Sajakah Bagian-bagian Partikel Elementer?

1.3  Tujuan

Tujuan ditulisnya makalah ini yaitu supaya dapat:

1.      Mengetahui Kestabilan Inti Atom

2.      Mengetahui Energi Ikat Inti Stabil

3.      Mengetahui Rumus Empiris Weiszacker

4.      Mengetahui Bagian-bagian Partikel Element

 BAB II

PEMBAHASAN

2.1 KESTABILAN INTI ATOM

A.      Pengertian kestabilan Inti

Inti menepati bagian yang sangat kecil dari volume suatu atom, tetapi mengandung sebagian besar massa dari atom karena baik proton maupun neutron berada didalamnya. Dalam mengkaji stabilitas inti atom, ada baiknya kita mengetahui tentang kerapatannya, agar kita  menyadari betapa rapatnya semua partikel itu dikemas. Sebagai contoh perhitungannya kita asumsikan bahwa  uatu inti mempunyai jari-jari 5 × 10 ̄ ³ pm pada massa 1 × 10 ̄ ²² g. Angka-angka ini kira-kira sama dengan inti atom yang mengandung 30 proton dan 30 neutron. Kerapatan yang sangat tinggi dari inti membuat kita ingin tahu apa yang membuat pratikel-pratikel tersebut begitu rapat .

Interaksi saat elektrolisis diketahui bahwa muatan sejenis saling tolak dan muatan tak sejenis saling tarik. Tentu kita akan menduka bahwa proton-proton akan saling tolak sangat kuat, terutama mengingat letak mereka yang begitu berdekatan. Dan memang demikianlah adanya. Namun, selain tolakan , ada juga tarik-menarik jarak pendek antara proton dan proton, proton dengan neutron, dan neutron dan neutron. Satabilitas semua inti ditentukan oleh selisih antara tolakan elektrolistik dan tarikan jarak pendek.Jika tolakan melampaui tarikan, inti terdisintegrasi (meluruh), memancarkan partikel dan/atau radiasi. Jika tarikan melampaui tolakan, inti menjadi stabil .

Inti stabil adalah inti yang tidak dapat secara spontan meluruh atau berubah.Definisi kestabilan yang lebih mengkhusus adalah kemampuan inti meluruh dengan jenis peluruhan tertentu. Sebagai contoh,  tidak dapat meluruh secara spontan dengan mengemisikan b^- atau b⁺. Agar proses peluruhan tersebut terjadi, maka ke dalam sistem tersebut harus diberikan energi.  disebut mempunyai kestabilan b. Tetapi U tidak stabil terhadap peluruhan alfa (a) karena  dapat mengemisikan partikel a secara spontan  disertai pelepasan energi sebesar 1,27 MeV per nukleon, dimana energi tersebut hampir semua berupa energi kinetik partikel a. Disamping itu  dapat secara spontan membelah menjadi dua inti yang lebih kecil yang ukurannya hampir sama dengan membebaskan energi sekitar 200 MeV. Kestabilan inti terhadap jenis peluruhan tertentu dapat diketahui dengan memperhatikan massa total inti mula-mula dengan massa total inti hasil. Jika perubahan inti berlangsung eksotermik (perubahan spontan), maka massa total hasil harus kurang dari pada massa total inti mula-mula. Misalnya,  tidak dapat secara spontan mengemisikan partikel a. Oleh karena massa hasil (yaitu massa  + massa ) lebih besar  dari pada massa  dengan perbedaan sekitar 9,105 .s.m.a atau sebesar 8,481 MeV(Fitiani,2011).

Kestabilan inti tidak hanya dipengaruhi oleh angka banding proton-neutron, tetapi dipengaruhi juga oleh genap-ganjilnya jumlah proton dan neutron di dalam inti.Berdasarkan ganjil-genapnya jumlah proton dan neutron, inti diklasifikasikan menjadi inti genap-genap (artinya jumlah proton genap dan neutron genap), ganjil-genap, genap-ganjil, dan ganjil-ganjil.Nuklida yang paling stabil adalah nuklida tipe genap-genap, yang paling tidak stabil adalah tipe ganjil-ganjil. Nuklida tipe genap-ganjil dan ganjil-genap kestabilannya hampir sama dan terletak antara kestabilan nuklida genap-genap dan ganjil-ganjil. Perbedaan kestabilan keempat tipe nuklida tersebut juga tampak dari jumlah nuklida stabilnya di alam.Nuklida stabil untuk tipe genap-genap jumlahnya adalah 157, tipe genap-ganjil 55, tipe ganjil-genap 50, dan tipe ganjil-ganjil 4. Nuklida tipe ganjil-ganjil umumnya selalu tidak stabil terhadap peluruhan b; .hanya ada empat yang stabil terhdap peluruhan b yaitu ²H, ⁶Li, ¹⁰B, dan ¹⁴N.

Kestabilan inti berdasar genap-ganjilnya jumlah proton dan neutron, dapat dijelaskan dengan asumsi bahwa energi dibebaskan (kestabilan bertambah) jika 2 nukleon dengan tipe sama bergabung bersama membentuk pasangan. Di dalam inti tipe genap-genap, semua nukleon berpasangan.Di dalam inti tipe genap-ganjil dan ganjil-genap pasti ada 1 nukleon yang tidak punya pasangan.Ketidak-stabilan terbesar dari inti ganjil-ganjil karena pasangan tidak terjadi antara neutron dengan proton. Jika proton dengan neutron dapat berpasangan mestinya kestabilan inti ganjil-ganjil sama besarnya dengan kestabilan inti genap-genap.

B.       Faktor Penentu Kestabilan Inti

Faktor utama yang menentukan suatu inti satabil atau tidak ialah perbandingan neutron-terhadap-proton (n/p).Atorm stabil dari unsur yang mempunyai nomor atom rendah rendah, nilai n/p mendekati 1.Meningkatnya nomor atom, perbandingan neutron terhadap proton dari inti stabil menjadi lebih besar dari 1.Penyimpangan pada nomor-nomor atom yang lebih tinggi ini muncul karena dibutuhkan lebih banyak neutron untuk melawan kuatnya tolak-menolak pada proton-proton ini dan menstabilkan inti. Kestabilan inti tidak dapat di ramalkan, namun ada beberapa aturan berikut yang berguna dalam mempredeksi stabilitas inti adalah (Chang,2003) :

a.       Inti yang mengandung 2, 8, 20, 50, 82, atau 126 proton atau neutron biasanya lebih stabil dibandingkan inti yang jumlah proton atau neutronnya bukan inti. Contohnya, ada 10 isotop stabil timah (S2 ) dengan nomor atom 50 dan hanya 2 isotop stabil antimony (Sb) dengan nomor atom 51. Bilangan 2, 8, 20, 50, 82, dan 126 dinamakan bilangan ajaib. Pengaruh bilangan ini untuk stabilitas inti sama dengan banyaknya elektron untuk gas mulia yang sangat stabil (yaitu 2, 10, 18, 36, 54, dan 86 elektron).

b.      Inti dengan bilangan genap proton dan neutron biasanya lebih stabil dibandingkan apabila keduanya memiliki bilangan yang genap. (Tabel.1)

Jumlah Isotop Stabil dengan Bilangan Proton dan Neutron yang Genap dan Ganjil
Proton	Neutron	Banyaknya Isotop Stabil
Ganjil	Ganjil	4
Ganjil	Genap	50
Genap	Ganjil	53
Genap	Genap	164

  

c.       Semua isotop dari unsur-unsur dengan nomor atom lebih besar dari 83 bersifat radioaktif. Semua isotop tiknetium (Tc, Z = 43) dan prometium (Pm, Z=61) adalah radioaktif.

d.      Kestabilan inti dapat dikaitkan dengan perbandingan neutron-proton. Teori pasangan neuklon Nullida yang tidak stabil akan selalu meluruh. (memancarkan partikel) untuk mencapai kestabilan agar energy ikat rata-rata nuklonnya bertambah energi rata-rata itu berbeda antara satu nuklida dengan yang lainnya. Yang menarik adalah adanya puncak-puncak pada 4He, 12C, 16O, 10Ne dan 24Mg). berarti nuklida tersebut mempunyai  energi ikat rata-rata lebih besar daripada nuklida didekatnya, dengan memperhatikan nukleonnya, 4H (2p-2n), 12C (60p-6n), 160 O(8p-8n) dan seterusnya mempunyai proton dan neutron genap. Dengan kata lain kestabilan inti ditentukan oleh genap atau ganjilnya proton dan neutron ini didukung oleh fakta bahwa lebih dari setengah jumlah nuklida yang stabil mempunyai proton dan neutron genap.

C.      Pita Kestabilan

Pita kestabilan inti hanya merupakan informasi untuk mengetahui kestabilan inti secara eksperimen.Misalnya ingin mengetahui kestabilan ²²Na dan ²³Na, kita harus melihat tabel itu.Kita tidak bisa hanya melihat jumlah proton dan neutron yang ada di dalam nuklida itu atau nilai angkabandingnya. Jika berpedoman pada jumlah proton dan neutron atau nilai angkabandingnya, maka kita akan terperangkap. Sebagai contoh berdasarkan angkabanding jumlah proton dan neutron, ²²Na merupakan nuklida yang stabil karena angkabanding proton terhadap neutronnya sama dengan satu, dan ²³Na merupakan nuklida tidak stabil. Kenyataannya (fakta empiris) menunjukkan bahwa garis kestabilan melalui ²³Nadan tidak melalui ²²Na. Jadi ²³Nastabil dan ²²Na tidak stabil dengan memancarkan b⁺ karena berada di atas garis kestabilan (Fachrudin,2014).

Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Inti-inti yang tidak stabil cenderung untuk menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton, agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini (Fachrudin,2014).

Bila dibuat grafik perbandingan jumlah proton dan jumlah neutron dari isotop unsure-unsur, akan diperoleh suatu pola di mana isotop-isotop stabil terletak di dalam suatu daerah berbentuk pita. Daerah keberadaan isotop-isotop stabil dalam grafik ini disebut pita kestabilan. Jadi, isotop yang berada di luar pita kestabilan akan bersifat radioaktif. Meskipun demikian, ditemukan pula beberapa isotop di dalam pita kestabilan yang bersifat radioaktif (Fachrudin,2014)

Berikut ini merupakan grafik pita kestabilan

1.      Isotop Inti Ringan di Atas Pita Kestabilan

Untuk mencapai pita kestabilan, pada isotop dengan jumlah proton < 83 yang berada di atas pita kestabilan atau memiliki neutron lebih banyak daripada proton, dapat dilakukan dengan cara, yaitu.

a.         Pemancaran Partikel Proton

Kelebihan neutron akan diubah menjadi proton agar stabil, seperti persamaan berikut:

                          ₀¹n ->₊₁¹p + _-1⁰e

 Contoh:

                        ₆¹⁴C ->₇¹⁴N + _-1⁰e

b.      Pemancaran Partikel Neutron

Jika inti atom memancarkan partikel neutron, berarti terjadi pengurangan nomor massa, sedangkan nomor atom tetap.

        Contoh:

                         ₅₃¹³⁷I ->₅₃¹³⁶ + ₀¹n

        Proses ini jarang terjadi di alam.

2.      Isotop Inti Ringan di Bawah Pita Kestabilan

Isotop-isotop ini memiliki kecenderungan untuk mengurangi protonnya dengan cara sebagai berikut.

a.       Pemancaran Partikel Positron

Pada pemancaran positron, proton berubah menjadi neutron, ditunjukkan oleh persamaan berikut.

                         ₁¹p ->₀¹n + ₊₁⁰e

Pembebasan positron oleh sebuah inti atom akan menyebabkan nomor atom berkurang satu, tetapi nomor massa tetap.

           Contoh:

                         ₆¹⁰C ->₅¹⁰B + ₊₁⁰e

b.      Penangkapan Partikel Elektron

Apabila inti menangkap elektron, umumnya ditangkap dari kulit elektron yang terdekat yaitu kulit K. Elektron tersebut akan bergabung dengan proton menjadi neutron.

                        ₊₁¹p + _-1⁰e ->₀¹n

Penangkapan elektron oleh inti atom akan menyebabkan nomor atom berkurang satu, tetapi nomor massa tetap.

                         ₄⁷Be + _-1⁰e ->₃⁷Li

                        ₁₉⁴⁰K + _-1⁰e ->₁₈⁴⁰Ar              

3.      Nuklida Berat

Nuklida yang memiliki terlalu banyak proton dan neutron (jumlah proton > 83) atau nuklida bermassa besar cenderung untuk melepaskan partikel a. Peristiwanya disebut peluruhan alfa.

Pemancaran sinar a oleh sebuah inti atom menyebabkan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat.

Contoh:

                         ₉₂²³⁸U ->₉₀^234Th + ₂⁴He

                        ₈₄²¹²Po ->₈₂²⁰⁸Pb + ₂⁴He

2.2 ENERGI IKAT INTI STABIL

Hukum kekekalan adalah aturan dasar yang berlaku pada sifat khas materi yang selalu kekal (meskipun tidak selalu mutlak), bilamana gaya dasar bekerja pada partikel dasar. Ada tiga macam hokum kekekalan, yaitu :

a.      Kekekalan Massa dan Energi

Untuk perubahan:

	Antaraksi

(Gaya Dasar)

Sistem 1                                                  Sistem 2

Menurut Hukum Kekekalan Massa dan Energi

m₁c² + E₁  =  m₂c² + E₂

b.      Kekekalan Muatan Listrik

Massa total dari system tidak berubah jika terjadi antaraksi antar partikel. Misalkan : Ag⁺  +  Cl^-  →  AgCl_(s)

“Jumlah muatan sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”

c.       Kekekalan Jumlah Nukleon

Tidaklah benar bila kita mengatakan bahwa massa penyusun inti atom hanya terdiri dari proton dan neutron saja. Lebih dari yang kita pelajari, sebenarnya inti atom tersususn dari banayak partikel dan tidak hanya tersusun dari dua partikel saja (proton dan neutron). Partikel lainnya yang menyusun inti atom misalnya deutrino.

“Jumlah Nukleon dalam reaksi nuklir selalu tetap”

Energi yang setara dengan hilangnya massa untuk suatu nuklida tertentu disebut energi ikat inti.Sedangkan menurut Einstein, energi ikat inti adalah selisih antara massa inti dengan massa penyusun inti yang diubah menjadi energi.

Apabila kita memiliki isotop dengan jumlah proton sebanyak Z dan sejumlah neutron sebanyak (A - Z), maka menurut perhitungan, massa inti seharusnya sebesar [Zm_p  +  (A – Z)m_n - m_i] dengan m_p dan m_n masing-masing adalah massa proton dan massa neutron, sedangkan m_i adalah massa inti atom. Akan tetapi berdasarkan hasil pengukuran denagn spektrometer massa diperoleh bahwa massa inti lebih kecil dari jumlah massa partikel pembentuk inti. Berdasarkan hokum kesetaran massa-energi Einstein, berkurangnyya massa inti atom, yang disebut defek massa, karena diubah menjadi energy ikat. Defek massa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

∆m  =  [Zm_p  +  (A – Z)m_n - m_i]                    …..(2.2.1)

Energi ikat inti dapat dihitung berdasarkan hokum kesetaraan massa-energi Einstein, yaitu:

E  =  ∆mc²                                          .….(2.2.2)

Dengan c adalah kecepatan cahaya (c  =  3 x 108 m/s). Untuk keperluan praktis biasanya defek massa (∆m) dinyatakan dalam satuan sma dan energi (E) dalam satuan MeV dengan kesetaraan 1 sma  =  931,5 MeV. Oleh karena itu, persamaan (1 – 2) dapat ditulis menjadi:

E  =  ∆m x 931,5 Mev/sma                            …..(2.2.3)

Sehingga rumus energi ikat inti atom dapat dituliskan :

B(A,Z) = (ZmH + Nm_n– M(A,Z)) c²                    .....(2.2.4)

  

   Gambar 2.2 Eneri Ikat per Nukleon

2.3 RUMUS EMPIRIS WEISZACKER

Massa inti atom M (A,Z) dapat dihitung dengan mengumpamakan inti atom sebagai suatu tetes zat cair (liquid drop) berdasarkan model Bohrn, dengan menggunakan asumsi dasar sebagai berikut :

1.      Inti dianggap terdiri dari zat yang tak termampatkan sehingga jari-jarinya berbanding lurus dengan  

2.      Gaya inti tak bergantung pada muatan nukleon

3.      Gaya Inti mempunyai sifat jenuh

                     M(A,Z) = M₀ + M₁ + M₂ + M₃ + M₄ + M₅                              (2.3.1)                                   

Dihitung satu persatu suku demi suku dari  persamaan (2.3.1)

1.      Faktor Dominan

M₀ = ZM_p + NM_n + Zmₑ = ZMh + NM_n                                                 (2.3.2)

Energi ikat elektron dengan proton dalam atom H diabaikan.

2.      Energi Ikat Spesifik (Energi Volume)

Mo harus dikurangi denganenergi ikat nukleon yang membentuk inti. Energi ini ekuivalendengan panas kondensasidalam tetes zat cair. Karena B (A,Z) samadengan tetap maka:

M₁ = -ɑ₁A                                                                                                (2.3.3)

3.      Efek Tegangan Permukaan

Perhitumgan M₁ terlalu besar, karena diperhitunkan juga nukleon-nukleon yang berada di permukaan inti samadengan nukleon yang berada di dalam inti. Hal ini perlu dikoreksi krena nukleon-nukleon yang berada di permukaan hanya berinteraksi dengan tetangga-tetangganya disebelah dalam saja (efek permukaan). Maka M₁ perlu dikoreksi dengan faktor yang besarnya berbanding lurus dengan luas permukaan.

M₂ = ɑ₂Aᶺ ⅔                                                                                            (2.3.4)

4.      Gaya Tolak Coloumb

Proton-proton di dalam inti saling tolak menolak sehingga memperkecil gaya ikat atau memperbesar massa inti.

M₃ = ɑ₃Z²/Aᶺ ⅓                                                                                       (2.3.5)

5.      Efek Pasangan

Telah diketahui bahwa inti-inti menjadi stabilapabila neutron dan proton berpasangan (N=Z). Massa inti-inti diluar garis N=Z menjadi lebih besar, sehingga :

M₄ = ɑ₄(A-2Z)²A¯¹                                                                                 (2.3.6)  

6.      Efek Genap Ganjil

Telah diketahui bahwa inti-inti menjadi sangat stabil apabila jumlah neutron dan jumlah protonnya genap (inti genap-genap). Jadi perlu diadakan koreksi sebagai berikut:

                                                                                                

   Rumus massa semiempiris Weizsacker :

 M(A,Z)=ZMh+NMn-ɑ₁A+ɑ₂Aᶺ⅔+ɑ₃Z²/Aᶺ⅓+ɑ₄(A-2Z)²A¯¹+       (2.3.8)  

 Dengan :

       ɑ₁ = 0,016912 u = 14,0 MeV             1 u = 9311,441 MeV

       ɑ₂ = 0,019114 u = 13,0 MeV

       ɑ₃ = 0,0007226 u = 0,58 MeV

       ɑ₄ = 0,10175 u = 19,3 MeV

       ɑ₅ = 0,036 u = 33,5 MeV

Dengan rumus diatas dapat dihitung energi ikat per nukleon sebagai berikut :

B (A,Z) = B(A,Z) / A                                                                              (2.3.9)

Sehingga ,

E/A = ɑ₁ - ɑ₂Aᶺ¯⅓ - ɑ₃Z²/Aᶺ ⁴ ̷ ₃ - ɑ₄(A-2Z)²A¯² -                           (2.3.10)

Rumus pada persamaan (2...) dan (2....) sesuai dengan percobaan dengan ketelitian <1% untuk A>15. Untuk A<15 dibutuhkan konstanta-konstanta yang lebih teliti. Rumus Weizsacker dapat dituliskan:

M(A,Z) = αA + βZ +γZ² + δ(A,Z)                                                                (2.3.11)

Dengan,

    α = Mn – (ɑᵥ - ɑₐ/4 - ɑs/      )

   β = - ɑₐ - ( Mn - Mh)

   γ = (ɑc /  + ɑₐ/  

2.4 PARTIKEL ELEMENTER

            Atom yang menyusun tubuh kita, yang membentuk lautan, yang menyusun gunung, ternyata terdiri dari unsur-unsur yang lebih kecil lagi, yang disebut dengan partikel dasar atau partikel elementer. Dengan demikian bisa dikatakan semua benda yang berada di alam ini tersusun dari partikel-partikel elementer. Dewasa ini lebih dari 30 buah partikel dan partikel elementer yang berusia panjang telah terdeteksi secara esperimental. Sebuah partikel memiliki massa dan spin yang sama seperti yang dimiliki partikel yang berkaitan, tetapi sifat-sifat elektro magnet keduanya, seperti muatan dan moment magnetnya, saling berlawanan.

Berdasarkan interaksi kuat, partikel digolongkan menjadi lepton dan hadron. Lepton merupakan partikel yang tidak berinteraksi kuat, contoh : elektron dan netrino. Sedangkan hadron merupakan partikel yang dapat berinteraksi kuat, contoh: nokleon. Hadron dapat dibagi lagi berdasarkan perilaku statiknya (fermion atau boson) yaitu, meson dan barion. Meson merupakan hadron yang berspin bulat (boson), contoh : pion (π), kaon (K). Barion merupakan hadron yang berspin kelipatan ganjil dari setengah (fermion), contoh : nukleon, partikel lambda (λ), sigma (Ʃ), dan omega(Ω).

Menurut para ilmuwan, semua materi di alam semesta ini tersusun atas 12 partikel elementer yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Partikel-partikel tersebut dianggap tidak mempunyai struktur lagi, sehingga dianggap berbentuk seperti titik. Ada dua keluarga partikel elementer tersebut, yaitu keluarga lepton dan keluarga quark. Masing-masing keluarga memiliki 6 anggota. Sebagian besar materi di bumi tersusun atas dua jenis quark, yaitu up dan down, serta satu jenis lepton, yaitu elektron. Quark up dan quark down akan menyusun proton dan neutron di dalam inti atom, dan  elektron akan mengorbit di sekitar inti atom. Partikel-partikel elementer yang lain biasanya ditemukan di lingkungan yang berenergi tinggi, tidak di kehidupan kita sehari-hari.

Data singkat mengenai anggota keluarga lepton dapat kita lihat di Tabel 1. Pada tabel tersebut tampak bahwa lepton juga dibedakan menjadi 3 jenis (kalau istilah fisikanya adalah 3 generasi) yang masing-masing beranggotakan dua partikel. Selanjutnya dapat dilihat pula bahwa partikel keluarga lepton mempunyai muatan listrik yang negatif (untuk elektron, muon dan tau) atau netral (untuk setiap neutrino). Massa partikel dalam hal ini dinyatakan dalam satuan energi. Massa dalam dunia subatom dapat dikonversi menjadi energi, dan saya yakin pembaca sudah mengenal rumusan Einstein yang terkenal

artinya jika kita mengalikan massa partikel dengan bilangan konstan , kita akan mendapatkan energi yang dikandung oleh massa partikel tersebut dan besarnya dicantumkan di Tabel 1.

Kolom  terakhir pada Tabel 1 menampilkan data tentang antipartikel. Setiap partikel selalu  mempunyai antipartikel. Jika partikel bertemu dengan antipartikel, akan terjadi anihilasi. Artinya kedua partikel tadi akan hilang dan berubah menjadi energi. Antipartikel dari elektron disebut dengan positron. Massa positron sama dengan massa elektron, akan tetapi muatan listriknya berlawanan, yaitu positif. Demikian pula untuk neutrino elektron dijumpai pula antipartikelnya yaitu antineutrino elektron. Satu hal lagi yang perlu diperhatikan bahwa partikel-partikel yang tergolong dalam keluarga lepton selalu berdiri sendiri atau tidak berpasangan dengan partikel lain.

Tabel 1. Data partikel keluarga lepton

 

 Keluarga kedua dari partikel elementer adalah quark yang terdiri dari 6 anggota (atau kalau dalam istilah fisika dikenal dengan “rasa”), yaitu up, down, strange, charm, bottom dan top. Tabel 2 di bawah menampilkan informasi singkat mengenai quark.

Tabel 2. Data partikel keluarga quark

Tampak bahwa quark memiliki muatan listrik yang bernilai pecahan, yaitu 1/3 atau 2/3. Quark rasa down, strange dan top mempunyai muatan sebesar -1/3, dan quark rasa up, charm dan top mempunyai muatan sebesar 2/3. Masing-masing quark mempunyai pasangan antipartikel, yaitu antiquark, yang muatan listriknya berlawanan tandanya dengan quark bersangkutan. Misalnya antidown (antipartikel dari quark down) punya muatan 1/3, dan anticharm (antipartikel dari quark charm) punya muatan listrik -2/3.

Selain muatan listrik, quark juga mempunyai sifat intrinsik lain, yang disebut dengan muatan “warna”. Perlu diperhatikan, warna di sini bukanlah warna seperti yang kita ketahui, tapi hanya sekedar penamaan saja. Muatan warna ini ada tiga, yaitu merah, biru dan hijau. Setiap quark memiliki satu warna, misal quark down merah. Setiap antiquark juga memiliki satu antiwarna, misal antiquark antidown antimerah.

Berbeda dengan partikel keluarga lepton, partikel quark akan selalu berpasangan dan membentuk partikel komposit. Ada dua jenis partikel komposit ini yaitu yang tergolong ke dalam baryon dan tersusun atas tiga buah quark, dan yang tergolong ke dalam meson dan tersusun atas dua buah quark (atau tepatnya pasangan quark dan antiquark). Tabel 3 di bawah menampilkan beberapa partikel komposit. Partikel komposit sebenarnya yang telah diketahui sampai dengan saat ini jumlahnya banyak.

Tabel 3. Data beberapa partikel komposit.

Sebagai contoh, dari tabel di atas, proton yang merupakan baryon  merupakan gabungan dari tiga buah quark yaitu up-up-down, neutron yang juga baryon merupakan gabungan dari quark down-down-up.  Sementara itu untuk partikel pion positif yang termasuk dalam meson, merupakan gabungan dari quark up dan antiquark down. proton yang tersusun atas quark up-up-down. Quark up mempunyai muatan 2/3 dan quark down bermuatan -1/3. Oleh karena itu muatan listrik proton menjadi 2/3 + 2/3 + (-1/3) = 1.  Sedangkan  Neutron terdiri dari quark down-down-up, jadi muatan listrik neutron menjadi (-1/3) + (-1/3) + 2/3 = 0 alias netral.

Massa quark up adalah antara 1,5 sampai 4,5 MeV. Misal diambil nilai atasnya saja yaitu 4,5 MeV. Lalu massa quark down adalah 8,5 MeV (di ambil nilai atasnya juga). Jadi massa tiga quark up-up-down = 4,5 + 4,5 + 8,5 = 17,5 MeV. Tapi Tabel 3 menampilkan massa proton sebesar 938,3 MeV, mempunyai perbedaan yang sangat besar.  Karena sesama quark di dalam proton akan terjadi interaksi yang melibatkan  partikel yang disebut gluon, yang meskipun tidak mempunyai massa tetapi mempunyai energi yang tinggi, sehingga menambah massa proton.

 Selain materi, di alam ini juga ada gaya atau force, yaitu suatu pengaruh yang menyebabkan suatu obyek atau benda akan mengalami perubahan, entah itu perubahan bentuk, arah, kecepatan, dan sebagainya. Ada banyak gaya yang ada di alam ini, akan tetapi kesemuanya itu berasal dari gaya-gaya fundamental. Ada empat gaya fundamental, yaitu gaya gravitasi, gaya lemah, gaya elektromagnet dan gaya kuat.

Gaya gravitasi selalu kita rasakan. Andaikata tidak ada gravitasi kita tidak akan bisa berdiri, berjalan, duduk, dan beraktivitas di muka bumi ini. Juga kita tidak akan melihat bagaimana indahnya bulan purnama, karena bulan akan pergi bergentayangan dan tidak mengorbit bumi.  Gaya elektromagnet juga sudah biasa kita rasakan. Adanya tarik-menarik pada benda bermagnet, kompas yang dapat menunjukkan arah utara-selatan, nyala lampu listrik yang kita nikmati setiap malam, bahkan indahnya bulan purnama pun bisa kita nikmati karena adanya gelombang elektromagnetik yang mengenai sel-sel di mata kita.  Gaya lemah dan gaya kuat sangat terkait dengan fenomena yang ada di atom dan inti atom, sehingga jarang (atau tidak secara langsung) kita rasakan.

Dari sisi kekuatan dan jangkauan gaya tersebut, bisa kita katakan bahwa gaya gravitasi merupakan  gaya yang paling lemah akan tetapi jangkauannya panjang sekali. Sebaliknya gaya kuat merupakan gaya yang paling besar akan tetapi jangkauannya paling pendek. Dari sudut pandang partikel, gaya merupakan cara partikel-partikel elementer untuk berinteraksi dengan sesamanya. Ketika berinteraksi, partikel elementer tersebut saling menukarkan partikel sehingga dihasilkan gaya. Artinya ketika partikel elementer berinteraksi dengan menukarkan partikel yang membawa gaya elektromagnet, maka akan muncul gaya elektromagnet. Demikian pula jika partikel menukarkan partikel yang membawa gaya kuat, maka akan muncul gaya kuat.

Analogi dari partikel pembawa gaya ini mungkin dapat diilustrasikan seperti di bawah ini. Ada dua orang yang berdiri di kolam es. Satu orang menjulurkan tangannya dan akan terdorong ke belakang, orang yang satunya lagi akan mengambil benda yang tidak kelihatan dan juga terdorong ke belakang. Meskipun kita tidak melihat adanya bola, kita dapat menganggap orang tersebut melempar bola ke orang yang lain karena kita melihat pengaruhnya terhadap orang tersebut. (klik di gambar bola di bawah untuk menampilkan bola di animasi tersebut).

Tabel 4 di bawah ini menampilkan partikel-partikel yang membawa gaya.

Tabel 4. Data partikel pembawa gaya

HUKUM-HUKUM KEKEKALAN

Semua reaksi dan peluruhan partikel elementer tampaknya mematuhi hukum-hukum kekekalan dan aturan-aturan tertentu. Termasuk di dalamnya hukum-hukum kekekalan yang lazim bagi:

a.       Energi massa

b.      Momentum linear

c.       Momentum sudut(spin)

d.      Muatan

Yang berlaku untuk semua interaksi, apakah prosesnya berlangsung dibawah interaksi kuat, lemah atau gravitasi.

Perbedaan hukum kekekalan muatan dari yang lainnya bukan hanya terletak pada kenyataan bahwa muatan adalah kekal, tetapi juga bahwa muatan terkuantisasi dalam satuan e, yakni muatan elektron. Kekekalan muatan terkuantisasi dapat diungkapkan dengan menetapkan suatu bilangan kuantum muatan, Ԅ = muatan/e , untuk setiap partikel. Dalam suatu reaksi nilai awal dan akhir Ԅ total dengan demikian akan sama.  Sebagai contoh dalam reaksi produksi anti proton.

                                              p + p          p + p +p + p̄

                                            Ԅ=   + 1 + 1 = + 1 + 1 + 1 – 1

a.      Kekekalan Lepton

Beberapa hukum kekekalan atau aturan seleksi lainnya dapat berlaku pula pada bilangan-bilangan kuantum lainnya, seperti halnya bilangan lepton (lepton number). Bilangan ini didefinisikan bernilai L=+1 untuk partikel-partikel lepton, L= -1 untuk antipartikel lepton, dan L=0 untuk partikel-partikel yang lain. Bilangan lepton untuk elektron dan netrininya (vₑ) dan juga bilangan lepton untuk meson –μ dan neutrinonya (vμ), masing-masing , secara terpisah, adalah kekal dalam semua proses.

                                                   μ          eˉ + v̄ₑ + vμ

                                  Lμ:               + 1= 0 + 0 + 1

                                       Lₑ :                 0 = + 1 – 1 + 0

                                                  K˚       μᶧ + eˉ + v̄ₑ

                Lₑ :             0 = 0 + 1 – 1

b.      Kekekalan Barion

Begitupula bilangan barion (baryon number). B , didevinisikan bernilai +1 untuk partikel-partikel barion, -1 untuk antipartikel barion, dan 0 untuk semua partikel yang lain. Untuk proses peluruhan atau reaksi apa saja, bilangan barion total ini juga kekal. Contoh – contoh hukum kekekalan ini adalah:

                      n        p + eˉ + v̄ₑ

  B:                +1 = +1 + 0 + 0

    Kˉ + p      Ʌ˚ + πᶧ + πˉ

              B:                  0 + 1 = 1 + 0 + 0

BAB III

PENUTUP

3.1    KESIMPULAN

Dari penulisan makalah ini dapat disimpulkan bahwa:

1.       inti stabil adalah inti yang tidak dapat secara spontan meluruh atau berubah, definisi kestabilan yang lebih mengkhusus adalah kemampuan inti meluruh dengan jenis peluruhan tertentu.

2.      Energi yang setara dengan hilangnya massa untuk suatu nuklida tertentu disebut energi ikat inti, sedangkan menurut Einstein, energi ikat inti adalah selisih antara massa inti dengan massa penyusun inti yang diubah menjadi energy, sehingga rumus energi ikat dapat dituliskan:

B(A,Z) = (ZmH + Nm_n– M(A,Z)) c².

3.    Rumus massa semiempiris Weizsacker :

   M(A,Z)=ZMh+NMn-ɑ₁A+ɑ₂Aᶺ⅔+ɑ₃Z²/Aᶺ⅓+ɑ₄(A-2Z)²A¯¹+     

4.      Partikel dasar atau partikel elementer adalah unsur yang lebih kecil lagi daripada atom. Ada dua keluarga partikel elementer tersebut, yaitu keluarga lepton dan keluarga quark. Masing-masing keluarga memiliki 6 anggota. Sebagian besar materi di bumi tersusun atas dua jenis quark.

3.2    SARAN

Alhamdulillah kami telah menyelesaikan makalah ini. Mohon kritik dan saran yang membangun, jika ada kesalahan yang kami perbuat dalam penulisan makalah ini.

DAFTAR PUSTAKA

Chang,Raymond. 2003. Kimia Dasar Konsep – konsep Inti Edisi Ketiga Jilid 2.     Jakarta : Erlangga.

Fachrudin, Imam. 2014. Mengenal Fisika Nuklir. Departemen Fisika. Universitas Indonesia.(Diakses tanggal 28 Maret 2015).

Fitriani, Nur. 2011. Kestabilan Inti. Bogor : Universitas Jendral Sudirman. (Diakses tanggal 28 Maret 2015).

Gautreau, Ronald dan William Savin.1995.Fisika Modern.Jakarta:Erlangga.

Sukri. 1999. Kimia Dasar III. Bandung : ITB.

Wiyatmo, Yusman.2006.Fisika Nuklir dalam Telaah Semiklasik dan Kuantum. Yogyakarta:Pustaka Pelajar.