Melihat Alam Semesta Melalui Neutrino: Nobel Fizik 2026 dan Peluang untuk Malaysia

Penulis: Dr. Norhasliza Yusof & Profesor Kehormat Dr. Hasan Abu Kassim
Makmal Fizik Teori, Jabatan Fizik, Fakulti Sains, Universiti Malaya

Pada 6 Oktober 2026, Hadiah Nobel dalam Fizik dianugerahkan kepada ahli fizik kelahiran Belgium-Amerika Syarikat, Francis Halzen, atas “sumbangan penting kepada Balai Cerap Neutrino IceCube dan penemuan neutrino bertenaga tinggi yang berasal daripada sumber astrofizik”. Pengiktirafan ini bukan sahaja meraikan pencapaian seorang saintis, tetapi turut menandakan kematangan satu cabang astronomi yang dahulunya dianggap hampir mustahil: melihat alam semesta menggunakan neutrino.

Selama berabad-abad, manusia mengenali alam semesta melalui cahaya. Kini, astronomi moden turut menggunakan gelombang radio, sinar-X, sinar gama dan gelombang graviti. Neutrino menambah satu lagi “deria” kepada usaha ini. Disebabkan sifatnya yang sangat sukar berinteraksi dengan jirim, neutrino boleh keluar dari kawasan yang terlalu padat atau terlindung untuk ditembusi cahaya. Kelemahan yang menjadikannya amat sukar dikesan itulah juga kelebihan terbesarnya sebagai pembawa maklumat kosmik.

Zarah yang Sukar di kesan Dari Alam Semesta

Neutrino ialah zarah asas yang tidak mempunyai cas elektrik dan mempunyai jisim yang amat kecil. Berbilion-bilion neutrino daripada Matahari melintasi setiap sentimeter persegi tubuh kita pada setiap saat tanpa meninggalkan kesan yang dapat dirasai. Ia hadir dalam tiga “perisa” yang diketahui saat ini, iaitu neutrino elektron, muon dan tau, serta mampu berubah daripada satu perisa kepada perisa yang lain melalui fenomena yang dikenali sebagai ayunan neutrino.

Neutrino dihasilkan dalam pelbagai keadaan: tindak balas nuklear di dalam Matahari dan bintang, pereputan zarah, letupan supernova, persekitaran lubang hitam serta pelanggaran sinar kosmik. Namun, semakin lemah sesuatu zarah berinteraksi, semakin besar pengesan yang diperlukan untuk menangkapnya. Inilah cabaran yang cuba diselesaikan oleh Halzen sejak penghujung 1980-an, bermula dengan eksperimen AMANDA sebelum berkembang menjadi IceCube.

Menukar Ais Antartika Menjadi Teleskop

IceCube bukan teleskop biasa yang mempunyai cermin atau kanta. Ia menggunakan kira-kira satu kilometer padu ais semula jadi yang jernih di Kutub Selatan sebagai medium pengesanan. Sebanyak 5,160 modul optik digital dipasang pada 86 kabel menegak pada kedalaman kira-kira 1,450 hingga 2,450 meter di bawah permukaan ais.

Neutrino tidak dilihat secara langsung. Sekali-sekala, neutrino berinteraksi dengan jirim di dalam atau berhampiran ais lalu menghasilkan zarah bercas. Zarah sekunder ini bergerak lebih pantas daripada kelajuan cahaya di dalam ais, tetapi bukan lebih pantas daripada cahaya dalam vakum serta menghasilkan kilauan kebiruan yang dikenali sebagai cahaya Cherenkov. Corak masa dan kecerahan cahaya yang dirakam oleh rangkaian sensor membolehkan penyelidik menganggar tenaga serta arah asal neutrino.

Idea ini mudah dihuraikan, tetapi amat sukar dilaksanakan. Sensor perlu berfungsi dengan stabil selama bertahun-tahun dalam keadaan ekstrem, manakala isyarat neutrino mesti dibezakan daripada latar belakang zarah lain. Halzen memainkan peranan utama dalam mengubah cadangan berani tersebut menjadi sebuah balai cerap antarabangsa yang beroperasi secara saintifik.

Penemuan yang Membuka Astronomi Neutrino

Titik perubahan berlaku pada 2013 apabila IceCube melaporkan bukti neutrino kosmik bertenaga tinggi. Analisis awal mengenal pasti 28 peristiwa dengan tenaga melebihi 50 teraelektronvolt dalam data yang dikumpulkan antara Mei 2010 hingga Mei 2012. Dua daripadanya membawa tenaga sekitar satu petaelektronvolt yang mana jauh lebih tinggi daripada neutrino yang lazimnya terhasil dalam tindak balas nuklear bintang seperti Matahari.

Penemuan tersebut membuktikan bahawa neutrino bertenaga tinggi benar-benar tiba dari luar Sistem Suria. Namun, persoalan lebih besar masih belum terjawab: objek apakah yang menghasilkannya?

Pada 22 September 2017, IceCube mengesan satu neutrino bertenaga tinggi dan segera mengeluarkan amaran kepada balai cerap lain. Teleskop sinar gama kemudian mendapati sebuah blazar bernama TXS 0506+056 sedang mengalami letusan pada arah yang sama. Blazar ialah galaksi aktif dengan jet relativistik yang kebetulan menghala hampir ke Bumi. Gabungan maklumat daripada neutrino dan sinar gama memberikan bukti kukuh bahawa objek tersebut merupakan salah satu sumber pemecut zarah kosmik.

Pada 2022, IceCube pula melaporkan bukti pancaran neutrino daripada galaksi aktif berdekatan NGC 1068, juga dikenali sebagai Messier 77. Pada 2023, data neutrino digunakan untuk menghasilkan pandangan baharu terhadap satah Bima Sakti. Perkembangan ini menunjukkan bahawa IceCube bukan sekadar berjaya menangkap beberapa zarah luar biasa, tetapi telah membuka kaedah pemerhatian alam semesta yang benar-benar baharu.

Mengapa Penemuan ini Penting?

Sinar kosmik merupakan zarah bercas bertenaga tinggi yang menghujani bumi, tetapi medan magnet di angkasa memesongkan laluannya. Oleh itu, kita sukar menentukan tempat asalnya hanya daripada arah ketibaannya. Neutrino pula tidak bercas dan bergerak hampir dalam garis lurus dari sumbernya. Ia juga mampu melepasi jirim padat dan medan radiasi yang mungkin menyerap cahaya.

Atas sebab itu, neutrino berfungsi seperti alamat kosmik. Apabila pengesanan neutrino digabungkan dengan pemerhatian cahaya dan gelombang graviti, saintis boleh mengkaji kejadian yang sama melalui beberapa pembawa maklumat. Pendekatan ini dikenali sebagai astronomi berbilang utusan. Ia membuka jalan untuk memahami enjin paling ganas di alam semesta, termasuk nukleus galaksi aktif, jet lohong hitam, letupan sinar gama dan kemungkinan sumber lain yang masih belum dikenal pasti.

Anugerah kepada Halzen juga membawa satu mesej penting tentang cara sains besar berkembang. Idea IceCube mengambil masa puluhan tahun untuk bergerak daripada konsep kepada pengesanan, analisis dan penemuan. Kejayaan itu bergantung pada kerjasama antarabangsa yang luas dalam fizik zarah, astronomi, kejuruteraan sensor, pengkomputeran dan sains data. Nobel ini mengiktiraf visi Halzen, namun pencapaiannya turut berdiri di atas usaha sebuah kolaborasi besar.

Di manakah Kedudukan Penyelidikan Malaysia?

Malaysia belum mengendalikan balai cerap neutrino berskala IceCube. Walau bagaimanapun, negara ini bukan berada di luar bidang neutrino. Penyelidikan tempatan sedang berkembang dalam beberapa cabang yang melengkapi eksperimen antarabangsa.

Di Universiti Malaya, penyelidikan neutrino astrofizik dijalankan melalui pemodelan teori dan pengkomputeran evolusi bintang. Antara persoalan yang dikaji ialah bagaimana neutrino dihasilkan di dalam bintang besar dan sangat besar, bagaimana kadar kehilangan tenaga neutrino berubah mengikut suhu, ketumpatan, komposisi dan peringkat pembakaran nuklear, serta bagaimana ayunan neutrino mempengaruhi spektrum yang mungkin diterima oleh pengesan. Penyelidikan berkaitan kadar tindak balas nuklear dan fluks neutrino suria turut membantu menghubungkan fizik mikroskopik di dalam bintang dengan isyarat yang boleh diperhatikan. Pakar yang menjalankan ini adalah Profesor Dr. Hasan Abu Kassim dan Dr. Norhasliza Yusuf, pensyarah dari Jabatan Fizik.

Hubungan ini perlu difahami dengan tepat. IceCube terutama mengesan neutrino kosmik pada skala tenaga teraelektronvolt hingga petaelektronvolt, manakala neutrino termal dan neutrino daripada tindak balas nuklear di dalam bintang lazimnya berada pada skala megaelektronvolt. Kedua-duanya bukan isyarat yang sama dan tidak semestinya berasal daripada mekanisme yang sama. Namun, kedua-dua bidang berkongsi rantaian sains yang serupa: memahami sumber, meramalkan penghasilan neutrino, mengira perambatannya dan akhirnya mentafsir isyarat pengesan.

Di Universiti Teknologi Malaysia (UTM), Dr. Izyan Hazwani Hashim menyumbang kepada fizik neutrino melalui fizik nuklear dan zarah secara eksperimen. Penyelidikan beliau menggunakan tindak balas tangkapan muon biasa untuk mengkaji respons nuklear lemah yang berkaitan dengan pereputan beta berganda serta interaksi antineutrino astrofizik. Maklumat tentang matriks nuklear ini penting dalam usaha mentafsir eksperimen pereputan beta berganda tanpa neutrino, yang berpotensi menentukan sama ada neutrino ialah zarah Majorana dan membantu memahami asal-usul jisimnya. Beliau juga terlibat dalam eksperimen antarabangsa COMET di J-PARC, Jepun, yang mencari penukaran muon kepada elektron tanpa penghasilan neutrino iaitu suatu proses pelanggaran perisa lepton bercas yang, jika ditemui, menjadi bukti jelas fizik melangkaui Model Piawai. Kepakaran UTM dalam sains muon, pengesanan radiasi dan respons nuklear ini memperluas penyelidikan neutrino Malaysia daripada pemodelan astrofizik kepada eksperimen fizik zarah dan nuklear.

Dengan kata lain, kekuatan Malaysia pada masa ini lebih tertumpu pada teori, simulasi, analisis data dan pembangunan kepakaran khusus, bukannya pembinaan sebuah teleskop neutrino gergasi. Banyak kolaborasi antarabangsa dibina melalui sumbangan yang khusus tetapi bernilai tinggi, termasuk perisian, analisis data, pembangunan komponen, pemodelan sumber dan latihan pelajar.

Peluang seterusnya untuk Malaysia

Nobel Fizik 2026 patut menjadi dorongan kepada Malaysia untuk membina strategi neutrino yang realistik. Langkah pertama ialah menghubungkan kumpulan fizik zarah, astrofizik, fizik nuklear, kejuruteraan dan sains data yang kini bergerak secara berasingan. Negara tidak perlu terus membina kemudahan bernilai berbilion ringgit untuk memberi sumbangan bermakna.

Data awam IceCube, misalnya, boleh digunakan untuk latihan pelajar dan penyelidikan tentang arah sumber, taburan tenaga serta korelasi dengan katalog astronomi. Malaysia juga boleh menyertai susulan astronomi bagi amaran neutrino menggunakan teleskop optik dan radio serantau, membangunkan algoritma pembelajaran mesin bagi pengelasan peristiwa, atau menyumbang kepada pembangunan fotopengesan dan elektronik pantas. Kerjasama dengan eksperimen generasi baharu seperti IceCube-Gen2, KM3NeT, Hyper-Kamiokande, JUNO dan DUNE pula boleh membuka laluan kepada latihan, mobiliti pelajar dan pemindahan teknologi.

Dalam konteks tempatan, penyelidikan teori tentang neutrino daripada Matahari, bintang besar, bintang sangat besar dan supernova boleh menyediakan ramalan yang diperlukan untuk mentafsir pengesanan masa hadapan. Jika sebuah supernova berlaku di Bima Sakti, pengesan neutrino di seluruh dunia akan menerima amaran awal tentang keruntuhan teras bintang. Model bintang yang tepat diperlukan untuk menukar isyarat tersebut kepada maklumat tentang suhu teras, pembakaran nuklear, ayunan neutrino dan pembentukan bintang neutron atau lohong hitam.

Hadiah Nobel Fizik 2026 memperlihatkan bagaimana persoalan asas dalam sains boleh membawa kepada perkembangan teknologi dan kaedah pemerhatian yang mengubah pemahaman manusia tentang alam semesta. IceCube membuktikan bahawa medium semula jadi seperti ais di Antartika boleh dimanfaatkan sebagai sebahagian daripada instrumen saintifik berskala besar untuk mengesan zarah yang sukar dikesan. Penemuan neutrino astrofizik bertenaga tinggi kemudiannya membuka dimensi baharu dalam kajian fenomena paling ekstrem di alam semesta.

Bagi Malaysia, perkembangan astronomi neutrino dan fizik zarah bertenaga tinggi menunjukkan pentingnya membina kepakaran secara berterusan, mengembangkan infrastruktur penyelidikan serta memperkukuh kerjasama dengan institusi antarabangsa. Sumbangan tidak semestinya bergantung kepada kemampuan membina kemudahan berskala besar, tetapi juga boleh dilakukan melalui kepakaran dalam analisis data, pemodelan teori, simulasi berangka, instrumentasi dan pembangunan teknologi pengesanan.

Catatan – Penulis merupakan penyelidik yang terlibat dalam kajian neutrino di Malaysia