‘Kosong’ dalam hidup seharian cuma bermakna satu perkara, iaitu tak berisi. Cawan kosong, perut kosong, bilik kosong. Kita sebut macam itu setiap hari tanpa tanya apa-apa lagi. Bukan bilik kosong, tetapi vakum. Tiada atom, tiada cahaya, tiada apa-apa. Jawapan ahli fizik bunyinya macam cerita hantu. Ruang itu sebenarnya sibuk, dan ada benda yang muncul sekejap lalu hilang. Benda itu dipanggil zarah maya (virtual particle). Admin pernah tulis asas medan kuantum dalam artikel Medan. Di situ admin ibaratkan medan kuantum seperti kolam, dan zarah seperti ikan yang muncul ke permukaan. Zarah maya ada persamaan dengan ikan itu, tetapi juga satu perbezaan besar.
Jadi, apa sebenarnya zarah maya?
Menurut majalah Symmetry, zarah maya wujud sekejap sahaja, tidak boleh dikesan secara terus, tetapi mengubah kuantiti fizikal, seperti jisim sesuatu zarah atau daya elektrik antara dua zarah bercas, dengan cara yang boleh diukur. Zarah maya bukan zarah, tetapi kesannya benar-benar boleh diukur. Sebab itulah ahli fizik terus menggunakannya walaupun tiada siapa pernah menangkapnya. Namanya sendiri mengelirukan. Ahli fizik teori Matt Strassler menegaskan bahawa zarah maya bukan zarah langsung. Ia gangguan pada medan yang tidak akan pernah ditemui bersendirian, dan ia hanya wujud kerana ada zarah lain di situ.
Foton maya: dari cas elektrik hinggalah zarah Higgs
Contoh paling biasa ialah foton maya (virtual photon). Apabila dua elektron melintas dekat antara satu sama lain, kedua-duanya mengganggu medan elektromagnet di sekeliling, dan gangguan itulah yang menolak kedua-duanya berpisah. Ahli fizik berkata kedua-dua elektron itu bertukar foton maya, tetapi itu cuma jargon. Foton maya juga muncul dalam salah satu reputan paling jarang bagi zarah Higgs. Pada 14 September 2026, kerjasama ATLAS di CERN mengumumkan bukti bagi reputan zarah Higgs kepada satu foton sebenar dan satu foton maya, yang kemudiannya mereput kepada dua lepton. Ia berlaku kira-kira sekali dalam setiap 10,000 reputan Higgs.
Tiga tempat zarah maya buat kerja
Kalau tak boleh dilihat, macam mana kita tahu ia ada? Sebab ia meninggalkan kesan yang boleh diukur. Ada tiga contoh.
1. Kesan Casimir
Ambil dua plat logam selari dalam vakum, dipisahkan hanya beberapa mikrometer. Tiada cas, tiada medan dari luar. Tetapi plat itu tetap tertarik antara satu sama lain. Hendrik Casimir meramalkan perkara ini pada 1948. Marcus Sparnaay mengukurnya pada 1958 dan keputusannya tidak bercanggah dengan ramalan itu. Pada 1997 Steve Lamoreaux mengukur daya tersebut dengan ketepatan 5%. Puncanya ialah ruang sempit antara plat yang mengehadkan getaran gelombang panjang tenaga vakum, jadi tekanan medan di dalam lebih rendah daripada di luar. Pada jarak 10 nanometer, ketidakseimbangan itu menyamai tekanan satu atmosfera.
2. Kesan Lamb
Dalam atom hidrogen, teori Dirac meramalkan aras tenaga 2S dan 2P sama nilainya. Pada 1947, Willis Lamb dan Robert Retherford mengukur dan mendapati ia tidak sama. Beza kecil itu kini dipanggil kesan Lamb (Lamb shift). Hans Bethe kemudian menerangkannya melalui interaksi elektron dengan medannya sendiri, dan menurut Physics Magazine, kerja itu menjadi titik tolak kepada teknik pengiraan renormalization yang menjadi teras mekanik kuantum hari ini.
3. Sinaran Hawking
Pada 1974, Stephen Hawking mengira bahawa lubang hitam sepatutnya memancar seperti jasad hitam, dengan suhu berkadar songsang dengan jisimnya. Gambaran paling terkenal ialah sepasang zarah maya muncul di tepi ufuk peristiwa, satu jatuh ke dalam dan satu terlepas. Gambaran itu memberi jawapan yang betul, tetapi ia satu penyederhanaan. Laman rasmi Hawking sendiri menyebutnya sebagai gambaran yang berguna, bukan mekanisme sebenar.
Jadi, adakah zarah maya benar-benar wujud?
Di sini admin nak jujur sikit. Zarah maya adalah bahasa yang berguna, bukan objek kecil macam bola biliard yang boleh dicuit atau diasingkan. Dalam pengiraan, ia muncul sebagai istilah matematik dalam teori medan kuantum, dan istilah itu memberi jawapan yang sepadan dengan eksperimen. Gambaran pasangan zarah-antizarah yang muncul dari ketiadaan lalu memusnahkan satu sama lain pun satu kiasan daripada buku-buku popular, bukan mekanisme sebenar. Yang penting bukan gambaran itu, tetapi sama ada pengiraan teori menepati ukuran makmal.
Maksud admin mudah sahaja, kita tidak boleh nampak zarah maya, tetapi kita boleh mengukur kesan yang ditinggalkan oleh gangguan medan itu. Daripada daya kecil antara dua plat logam hinggalah cahaya dari tepi lubang hitam, semuanya menepati ramalan teori setakat ini. Kalau anda nak faham kenapa dunia kuantum penuh dengan benda yang wujud sekejap dan kabur, admin pernah tulis asasnya dalam Mentafsir Alam Kuantum. Ada juga Kenapa Mekanik Kuantum? untuk asal-usul bidang ini.
Imej utama: EHT Collaboration / ESO (CC BY 4.0)
Rujukan
- ATLAS Experiment / CERN: https://atlas.cern/Updates/Briefing/Rare-Light-Higgs-Decay
- Symmetry Magazine: https://www.symmetrymagazine.org/article/july-2009/virtual-particles
- Physics World: https://physicsworld.com/a/the-casimir-effect-a-force-from-nothing/
- Physics Magazine (APS): https://physics.aps.org/articles/v18/41
- Stephen Hawking (laman rasmi): https://stephenhawking.co.uk/science/hawking-radiation
- Of Particular Significance (Matt Strassler): https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/virtual-particles-what-are-they/
Sekian, apa lagi?
Fiziklah!
