Pertemuan 2

Nucleon and Lepton Inti atom merupakan bentukan dari ikatan terkuantisasi dari keadaan-keadaan partikel yang dikenal sebagai nucleon. Ada 2 tipe nukleon: proton, bermuatan positif, bermassa mpc2=938,27 MeV neutron, tak bermuatan, bermassa mnc2=939,56 MeV Perbedaan massa antara proton dan neutron memiliki orde yang sama dengan massa elektron mec2=0,511 MeV

Nukleon dan elektron sama-sama memiliki spin ½ fermion Nukleon dan elektron sama-sama memiliki spin ½ fermion. Artinya: arah proyeksi dari momentum sudutnya hanya bernilai ±ħ/2, oleh karena itu keduanya harus mematuhi Prinsip Larangan Pauli. Nukleon dan elektron menghasilkan medan magnetik dan berinteraksi melalui medan magnet tersebut dalam bentuk momen magnetik. Arah proyeksi momen magnetik hanya ada 2 yakni bernilai ±μp dan ±μn μp=2,792847386 μN μn=-1,91304275 μN dengan tetapan nuclear magneton. μN= = 3,15245166 x 10-14 MeV T-1 adalah Sedangkan untuk elektron memiliki momen magnetik yang sebandin dengan tetapan Bohr magneton μe=1,001159652193 μB dengan μB= = 5,78838263 x 10-14 MeV T-1

Nucleon dalam inti terikat melalui gaya inti (nuclear forces), yang pengaruhnya lebih besar dibandingkan dengan gaya elektromagnetik antar proton. Tidak semua partikel berspin ½ memiliki ikatan yang kuat, seperti halnya proton dan neutron, untuk membentuk inti. Katakanlah lepton. Lepton adalah partikel berspin ½ tetapi tidak memiliki gaya interaksi yang kuat, Contoh: elektron e- dan antipartikelnya, positron e+. elektron-neutrino νe dan elektron-antineutrino , yang dikenal sebagai partikel dengan interaksi lemah (weak interaction)

Lepton merupakan jenis dari partikel elementer yang tidak memiliki keadaan terikat satu sama lain, akibat interaksi lemah yang dimilikinya. Lalu, partikel jenis apa yang merupakan pembentuk sebuah nukleon, yang memiliki sifat berkebalikan? Adalah quarks. Tiga buah quarks dibutuhkan untuk membentuk sebuah nukleon. Ada 2 macam quarks ; quark-up u (bermuatan 2/3) dan quark-down d (bermuatan -1/3). Contoh: proton = uud neutron = udd Jenis partikel lain yang memiliki ikatan kuat adalah hadron dengan tiga partikel pion-nya.

General Properties of Nuclei Dalam bahasan fisika inti, beberapa ukuran dinyatakan dalam orde yang sedikit berbeda dengan skala atom: length: 10-10 m (atom) → 10-15 = fm (nuclei) energy: eV (atom) → MeV (nuclei) Inti dari sebuah elemen/unsur disebut sebagai nuklida. Sebuah nuklida disimbolkan dengan X. Menyertai sebuah nuklida, terdapat jumlah neutron N dan jumlah proton Z, yang total keduanya menghasilkan massa atom A, A = N + Z Untuk mendefinisikan sebuah atom netral, elektron juga akan berjumlah Z. Dengan demikian, sebuah inti akan dituliskan sebagai :

Inti (A,Z) memiliki banyak spektrum pada keadaan tereksitasi Inti (A,Z) memiliki banyak spektrum pada keadaan tereksitasi. Inti mengalami eksitasi sampai dengan pada keadaan ground state sambil memancarkan foton (misalkan: sinar γ) Beberapa jenis inti dengan sebutan unik: Isotop (inti-inti dengan jumlah Z yang sama, tetapi jumlah N yang berbeda) Contoh : 238U dan 235U Isobar (inti-inti dengan A sama) Contoh: 3He dan 3H Isoton (inti-inti dengan jumlah N yang sama, tetapi jumlah Z yang berbeda) Contoh: 14C dan 16O8

Radius inti... Sejumlah V volume inti akan bersesuaian dengan banyaknya nukleon A. Dengan menggunakan pendekatan inti stabil berbentuk bola, maka volume inti bersesuaian dengan V A V0 R A1/3 r0 dimana r0 (=1,2 fm) merupakan range/jangkauan dari besarnya gaya inti. Persamaan di atas berlaku untuk inti berat (A>40), sedangkan untuk inti yang ringan (A<40) digunakan radius rms,

Untuk mengetahui radius inti,sebuah eksperimen dilakukan dengan jalan mengamati hamburan elektron oleh inti dari beberapa nuklida. Hasilnya ditunjukkan oleh grafik berikut.

Kerapatan inti tidak bertambah dengan adanya penambahan A (nomor massa atom). Hal ini menunjukkan bahwa sebuah nukleon tidak berinteraksi dengan seluruh penghuni inti,akan tetapi hanya dengan tetangga terdekatnya. Fenomena ini dikenal sebagai Saturasi Gaya Inti.

Energi Ikat (B) ... Energi ikat didefinisikan sebagai perbedaan antara massa inti m (A,Z) dengan jumlahan antara massa penyusun inti (Zmp+Nmn). Massa inti > jumlah massa penyusunnya sehingga energi ikat akan bernilai negatif. Grafik antara jumlah energi ikat persatuan nukleon B/A ditunjukkan pada gambar berikut,

Untuk atom dengan nomor massa yang ringan A, fraksi energi ikat B/A semakin besar.

Kenaikan B/A maksimum terjadi hingga A berkisar 55 – 60, kemudian trun drastis. Hal ini menunjukkan bahwa energi dapat diperoleh melalui peristiwa”fusi” inti-inti ringan, ataupun “fisi” inti-inti berat.

Tugas: konversi satuan energi massa dari proton, neutron dan elektron ke dalam Joule. Carilah bagaimana cara menentukan tetapan magneton Bohr dan magneton nuklir Carilah fenomena fisika yang melibatkan interaksi lemah antara elektron neutrino dan elektron anti neutrino. beri ulasan singkat tentang siapa itu hadron dan bagaimana itu pion?