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 Elementer

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 9 ³ pm pada massa 1 × 10 9 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 ->+1

1p + -10e

Contoh:

     614C ->7

14N + -10e

b. Pemancaran Partikel Neutron

Jika inti atom memancarkan partikel neutron, berarti terjadi

pengurangan nomor massa, sedangkan nomor atom tetap.

Contoh:

     53137I ->53

136 + 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 ->0

1n + +10e

Pembebasan positron oleh sebuah inti atom akan menyebabkan nomor

atom berkurang satu, tetapi nomor massa tetap.

Contoh:

     610C ->5

10B + +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 + -1

0e ->01n

Penangkapan elektron oleh inti atom akan menyebabkan nomor atom

berkurang satu, tetapi nomor massa tetap.

   47Be + -1

0e ->37Li

     1940K + -1

0e ->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 ->82

208Pb + 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:

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”

Antaraksi

(Gaya Dasar)

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 [Zmp + (A – Z)mn - mi] dengan mp dan mn masing-masing

adalah massa proton dan massa neutron, sedangkan mi 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 = [Zmp + (A – Z)mn - mi] …..(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 + Nmn– 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 = ZMp + NMn + Zmₑ = ZMh + NMn (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 M terlalu besar, karena diperhitunkan juga₁ 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 M perlu dikoreksi dengan₁ 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:

M₅ = (2.3.7)

- ɑᵤAᶺ¾

+ɑᵤAᶺ¾

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 ,

BE/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 + p ̄

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 + v9 ₑ + vμ

Lμ: + 1= 0 + 0 + 1

Lₑ : 0 = + 1 – 1 + 0

K˚ μᶧ + eˉ + v9 ₑ

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 + v9 ₑ

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 + Nmn– 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.