Partikel elementer merupakan perkembangan dari sebuah atom yaitu bagian terkecil dari suatu materi sehingga tidak dapat dibagi lagi.

1. PARTIKEL ELEMENTER
Ryani Andryani 14708251107
Dosen Pengampu Mata Kuliah Fisika
Prof. Dr. Jumadi, M.Pd

2. APA ITU PARTIKEL ELEMENTER??
Bagian terkecil zat atau energi yang tak mungkin
dipecah atau dibagi lagi (arti-definisi-pengertian.info)
ILUSTRASI
Saat bermain kelereng, sering kali kelereng-kelereng tersebut
berbenturan satu sama lain. Akibatnya, kelereng tersebut bisa
pecah sebagian. Apabila berbenturan sangat keras dan
berulang-ulang yang terjadi adalah bagian kelereng semakin
banyak yang pecah menjadi serpihan-serpihan. Jika serpihan-
serpihan kelereng tadi ditumbuk atau gerus maka akan
diperoleh butiran-butiran halus sebagai serbuk kelereng. Jika
kita mampu ”menggerus” serbuk kelereng hingga mencapai
ukuran teramat kecil, hingga pada akhirnya ukuran kelereng
tersebut tidak bisa lagi diperkecil, maka itulah ”partikel
elementer!”

3. SEJARAH
 Tahun 1803, John Dalton mengemukakan pendapatnya bahwa setiap elemen di alam semesta
ini tersusun oleh partikel yang bersifat tunggal dan unik, ia kemudian menyebut partikel tersebut
dengan istilah atom.
 Tahun 1897, J.J.Thomson dan timnya menemukan elektron yang merupakan komponen dari
semua jenis atom. Model atomnya kemudian dikenal dengan istilah plum pudding karena
elektron digambarkan seperti kismis yang tersebar merata diatas pudding (yang bermuatan
positif)
 Tahun 1909 Ernest Rutherford dan timnya menemukan fakta baru bahwa muatan positif tidak
tersebar merata, melainkan terkonsentrasi pada inti atom yang terletak ditengah-tengah atom
dimana elektron mengelilingi inti tersebut.
 Tahun 1919 Rutherford membuktikan bahwa inti hidrogen juga ditemukan pada inti atom
lain. Hal ini dianggap sebagai penemuan mengenai keberadaan proton.
 Tahun 1932 James Chadwick mengemukakan pendapatnya mengenai neutron yang
menjelaskan keberadaan isotop dari suatu unsur.
 Tahun 1964 dua orang fisikawan secara terpisah yaitu Murray Gell-Mann dan George Zweig
mengemukakan pendapatnya mengenai quark.
 Tahun 1968 dibuktikan dalam suatu eksperimen yang di lakukan di SLAC (Stanford Linear
Accelerator Center). Quark merupakan partikel elementer penyusun proton dan neutron.
 Sekarang quark masih dianggap sebagai partikel elementer karena belum ada bukti baik
secara eksperimen maupun teori tentang keberadaan partikel yang lebih fundamental dari quark
tersebut.
Dina Rahmawati, 2010

4. STRUKTUR MATERI
Selly Feranie, tt

5. PARTIKEL PENYUSUN MATERI
ATOM TERDIRI DARI INTI YANG TERSUSUN ATAS PROTON DAN NEUTRON
Ukuran quark dan lepton yang sangat kecil membuat para ilmuwan percaya
bahwa partikel-partikel tersebut benar-benar elementer dan merupakan partikel
penyusun dari semua yang ada di alam semesta ini. Atom berukuran Angstrom (1
Angstrom = 10-10m) membentuk molekul-molekul setelah melalui proses kimia.
Namun atom bukanlah penyusun utama dari materi karena atom masih terdiri
dari inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron-elektron (e)
yang bermuatan negatif. Inti atom jauh lebih kecil dari atom, hanya menempati satu
persepuluh ribu bagian dari ukuran atom. Inti atom yang bermuatan positif
dibangun dari proton (p) dan neutron (n) yang tidak bermuatan (netral), secara
kolektif dinamakan sebagai nukleon.
Selly Feranie, tt

6. Dengan dikembangkannya akselerator partikel, banyak sekali partikel-
partikel berenergi tinggi yang merupakan resonansi dari proton dan
neutron. Penemuan partikel muon dari radiasi sinar kosmik
mempunyai sifat sama dengan elektron tetapi berbeda massanya.
Selain itu ada pula neutrino (ν) yang berasal dari radioaktivitas, yaitu
neutron meluruh menjadi proton, elektron dan neutrino. Akibatnya
proton dan neutron tidak lagi dianggap sebagai partikel terkecil
penyusun alam semesta. Gamow kemudian memperkenalkan bahwa
proton dan neutron mengandung substruktur yang lebih
fundamental yang dinamakan quark. Dan elektron mengandung
substruktur yaitu lepton.
Selly Feranie, tt

7. MODEL STANDAR UNTUK MENJELASKAN
PARTIKEL ELEMENTER
 Terdiri dari dua jenis partikel dasar yaitu:
Boson Fermion
Partikel yang mengirimkan gaya Partikel yang menciptakan materi
Memiliki spin antara 0 atau 1 Memiliki spin 1/2
berdasarkan
interaksi
Quark Lepton
interaksi kuat interaksi lemah
Farid Aulia, 2014
Gauge
Boson
Higgs
Boson

8. MODEL STANDAR DALAM PARTIKEL
ELEMENTER
Dina Rahmawati, 2010

9. BARYON & HADRON
 Baryon = QQQ (tiga quark)
 Hadron = QQ (pasangan quark-antiquark meson)

10. PARTIKEL DAN ANTI PARTIKEL
 Anti partikel pertama kali diramalkan oleh
Dirac. Persamaan Dirac adalah persamaan yang
berhasil menggabungkan konsep relativitas khusus
dengan mekanika kuantum. Dipostulatkan bahwa
setiap partikel memiliki anti partikel, memiliki
sifat yang sama kecuali muatannya berbeda.
Misalnya positron adalah anti partikel dari
elektron, memiliki massa, ukuran, mematuhi
semua hukum konservasi yang juga dipatuhi
elektron, namun muatannya adalah positif.

12.  Kedua partikel kembaran ini bila saling
bertumbukan saling memusnahkan. Sebagai
gantinya terpancar dua berkas sinar gamma dalam
arah berlawanan. Sebaliknya, dua berkas sinar
gamma yang saling berbenturan dapat
menciptakan elektron dan anti-elektron. Jadi,
berlaku persamaan reaksi pemusnahan dan
penciptaan:

 eeee  ,

13. INTERAKSI DAN PEMBAWA GAYA
Gaya gravitasi adalah gaya atraksi antara dua partikel dan besarnya
sebanding dengan massa-massa dari partikel dan berbanding
terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua partikel. Sehingga
kuatnya gravitasi bergantung pada jarak antara kedua massa tersebut.
Gaya ini efektif bekerja pada jarak yang jauh seperti gaya antara planet
dan galaksi. Menurut Newton gaya ini diberikan oleh:
Nilai ini memberikan refleksi bahwa gaya gravitasi sangat lemah.
Gaya Gravitasi
Gaya
Elektomagnetik
Gaya KuatGaya Lemah
238
215
2
21
1067,0
/1017,4
tan,





GeV
gmcmGeVG
NewtonnalgravitasiotakonsadalahGdengan
r
mm
GFgra

14. Energi potensial gravitasional antara dua buah proton diberikan oleh:
Nilai ini sangat kecil sehingga dapat diabaikan.
Gaya Gravitasi
Gaya
Elektomagnetik
Gaya KuatGaya Lemah
GeVVyapotensiaenergisehingga
GeVcmrGeVm
adalahkeduanyajarakdanprotonmassaana
r
m
GV
proton
proton
39
13
2
2
10ln
5101
dim






15. Gaya elektromagnetik bekerja antara dua buah partikel bermuatan listrik,
misalnya sebuah elektron yang bermuatan negatif dan sebuah proton
yang bermuatan positif tarik menarik satu dengan yang lain dengan
besarnya gaya sebanding dengan muatan listrik dan kuadrat jarak
keduannya. Energi potensial elektromagnetik diberikan oleh
Untuk elektron dan foton yang terikat dalam atom hidrogen, gaya tarik
menarik ini menghasilkan energi ikat elektron di dalam atom hidrogen
yang dirumuskan oleh Bohr
Dimana μ adalah massa tereduksi dari sistem, α adalah kuatnya
interaksi elektromagnetik.
Gaya Gravitasi
Gaya
Elektomagnetik
Gaya KuatGaya Lemah
2
2
r
e
V 
 22
2
1
cE 
eVEanmenghasilk
cMeVmhidrogenatom e
14
/5,0 2



16. Meskipun gaya ini tidak dapat dirasakan dalam kehidupan sehari-hari
karena sangat lemah, gaya ini esensial untuk beberapa proses inti.
Proses-proses inti (nuklir) mengubah struktur dari inti dan melalui proses
tersebut jumlah neutron di dalam sebuah inti berubah dan melepaskan
sejumlah energi. Dan energi ini menjadi daya nuklir. Gaya lemah
menjelaskan bentuk peluruhan inti, misalnya peluruhan neutron menjadi
proton, elektron dan neutrino,
Selama proses peluruhan di atas waktu hidup neutron adalah 71,4 s.
Waktu hidup ini kemudian menentukan kuatnya gaya yang dinyatakan
oleh konstanta Fermi,
Gaya Gravitasi
Gaya
Elektomagnetik
Gaya Lemah Gaya Kuat

17. Gaya lemah berperan dalam koreksi susunan inti atom. Gaya lemah dan
gaya elektromagnetik, pertukaran partikel yang dinamakan boson gauge
lemah (weak gauge boson) menghasilkan efek terhadap gaya lemah
sedangkan pertukaran foton mengkomunikasikan elektromagnetik. Ada
tiga boson gauge lemah: W+, W− dan Z0 (kapital W menyatakan gaya
lemah sedangkan tanda + dan – adalah muatan boson lemah). Boson
gauge yang ketiga Z0 adalah netral dan dinamakan Z0 karena muatannya
nol (zero charge).
Gaya Gravitasi
Gaya
Elektomagnetik
Gaya Lemah Gaya Kuat

18. Gaya Gravitasi
Gaya kuat adalah gaya yang sangat kuat, bekerja pada proton dan
neutron dalam sebuah inti. Karena kuatnya maka mereka tidak
pernah dapat dipisahkan.
Contoh energi ikat neutron yang terikat dalam sebuah sistem proton
sebesar 2 MeV. Jika dibandingkan dengan energi ikat elektromagnetik
elektron dalam atom hidrogen, besarnya sekitar 100 ribu kali kuatnya.
Gaya ini bekerja pada rentang skala 10-13 cm.
Gaya
Elektomagnetik
Gaya Lemah Gaya Kuat

19. PERBANDINGAN INTERAKSI DASAR
Interaksi Partikel
pentransmisi
Sumber Jarak
Gravitasi Graviton Massa ∞
Elektromagnetik Foton Muatan listrik ∞
Kuat Gluon Muatan warna < 10-15
Lemah W+ , Z0 Muatan lemah 10-18

20. KETETAPAN REAKSI INTI
 Reaksi inti adalah proses perubahan susunan inti
atom akibat tumbukan dengan partikel-partikel atau
inti lain yang berenergi tinggi dan terbentuklah inti
baru yang berbeda dengan inti semula.
Fusi  penggabungan inti (terbentuk inti atom
yang lebih berat). Contohnya pada matahari
Fisi  pembelahan inti (terbentuk inti atom-atom
yang lebih ringan). Contoh pada reaktor nuklir.

21. REAKSI INTI
 misalkan
 Pada reaksi inti selalu berlaku
1. Hukum kekekalan no atom
Jumlah no atom sebelum reaksi = sesudah reaksi
2. Hukum kekekalan no massa
Jumlah no massa sebelum reaksi = sesudah
reaksi
3. Hukum kekekalan energi
Jumlah energi sebelum reaksi = sesudah reaksi
)(energi
d
h
c
g
b
f
a
e QRYPX 
     MeVmmmmQ Rypx 931

22. SOAL
1. Substrutur dari elektron yang interaksinya lemah
adalah .........
a. Quark
b. Lepton
c. Hadron
d. Baryon
Jawab: B

23. 2. Jika diketahui muatan quark u 2/3 e serta quark d
dan s -1/3 e, seorang ilmuwan mengajukan
hipotesis bahwa neutron tersusun dari 1 buah
quark u dan 2 buah quark d, maka hasil uji
hipotesis ilmuwan tersebut adalah ......
a. neutron bermuatan 1
b. neutron bermuatan ½
c. neutron bermuatan 0
d. neutron bermuatan -1/2
Jawab: C

24. Jawab :
 Neutron = udd
= 2/3 e + (-1/3 e) + (-1/3e)
= 2/3 e -2/3 e
= 0
Neutron adalah partikel elementer yang tidak
bermuatan (0)

25. 3. Jika diketahui muatan quark u 2/3 e serta quark d
dan s -1/3 e, formasi quark yang menunjukkan
bahwa partikel proton memiliki muatan +1 adalah
........
a. uud
b. udd
c. uuu
d. uds
Jawab: A

26. Jawab :
 Proton = uud
= 2/3 e + 2/3 + (-1/3e)
= 4/3 e -1/3 e
= 1
Proton adalah partikel elementer yang bermuatan
(+1)

27. 4. Setiap partikel memiliki pasangan atau anti
partikelnya, anti partikel dari elektron adalah
.............
a. proton
b. positron
c. neutron
d. neutrino
Jawab: B

28. 5. Interaksi gravitasi dalam partikel elementer dapat
diabaikan karena ..........
a. partikel elementer tidak memiliki gaya gravitasi
b. jarak partikel sangat kecil
c. gaya gravitasi sangat kecil
d. partikel tidak memiliki massa
Jawab: C

29. 6. Fisikawan yang mendapatkan anugrah nobel
fisika pada tahun 1969 dengan menemukan quark
adalah ........
a. John Dalton
b. JJ Thomson
c. Ernest Rutherford
d. Murray Gell-Man
Jawab: D

30. 7. Partikel elementer yang tidak memiliki antipartikel
karena netral adalah .......
a. foton dan gluon
b. foton dan muon
c. moun dan tau
d. tau dan neutrino
Jawab: A

31. 8. Partikel pentransmisi pada interaksi kuat dengan
jarak < 10-15 adalah ........
a. Graviton
b. Foton
c. Gluon
d. W+ dan Z0
Jawab: C

32. 9. Partikel K+ 150 MeV meluruh menjadi 2 ++ -.
Rentang-rentang pengukuran dalam emulsi
fotografis memberikan energi-energi kinetik untuk
+ sebesar 68,6 MeV dan 80,8 MeV, dan untuk -
sebesar 75,5 MeV. Nilai Q untuk reaksi tersebut
adalah ........
a. 34,5 MeV
b. 53,5 MeV
c. 69,7 MeV
d. 74,9 MeV
Jawab: D

33. Jawab
Reaksi : K+  ++ ++ - sehingga
Q = K ++K ++K +– K+
= 68,6MeV+80,8MeV+75,5MeV–150MeV
= 74,9 MeV

34. 10. Berdasarkan soal no 9, massa K+ adalah (massa
= 139,6 MeV) .......
a. 536,8 MeV
b. 493,7 MeV
c. 358,6 MeV
d. 294,1 MeV
Jawab: B

35. Jawab
Dari Q = (mK+ – (2m + + m - ))c2 diperoleh
mK+c2 = Q+(2m + + m - ) c2
= 74,9 MeV + (3 (139,6 MeV))
= 493,7 MeV

36. DAFTAR PUSTAKA
Selly Feranie. tt. Fisika Partikel: Tinjauan Kualitatif. Diakses dari
http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197411081999
032-
SELLY_FERANIE/perangkat%20pembelajaran/Fisika%20Partikel/Bab_2
_Partikel_penyusun_materi_dan_gaya.pdf
Dina Rahmawati. (2012). Partikel Elementer. Diakses dari
http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1275348660
Arti-definisi-pengertian. (2014). Pengertian Partikel Elementer. Diakeses
dari http://arti-definisi-pengertian.info/pengertian-partikel-elementer/
Farid Aulia Tanjung. (2014). Standar Model, Memodelkan Partikel Fisika
Secara Matematis. Diakses dari
http://www.bglconline.com/2014/09/standard-model-partikel-fisika/.
Hans J. Wospakrik. (2005). Dari Atomos Hingga Quark. Universitas Atma
Jaya: Jakarta.
Eedi Wahono. (2013). Big Bank Soal-Bahas Fisika SMA/MA. Wahyumedia:
Jakarta.
Ronald G dan William Savin. (2011). Schaum’s Outlines of Theory and
Problems of Modern Physics. Erlangga: Jakarta