[oleh: Zainul Abidin, alumni Fisika ITB]

Memberi dan menerima sesuatu sebaiknya dengan tangan kanan.

Demikianlah pesan nenek, atas nama sopan santun. Ada apa dengan tangan kiri? Tangan kiri dipakai membersihkan diri setelah buang air dan buang upil. Hubungannya? Untuk menghindari orang lain terinfeksi kuman-kuman penyakit? Apapun alasannya dan entah siapa yang memulai, kebiasaan itu menjadi kesepakatan bersama orang-orang tempo doeloe. Bagaimana kalau kesepakatannya diganti? Mengingat dan menimbang bahwa tangan kanan lebih sering dipakai, maka peluang kuman-kuman penyakit hinggap di tangan kanan lebih besar.
Siapa yang setuju acungkan tangan kiri!

Kebudayaan-kebudayaan dunia pada umumnya mengaitkan kanan dengan kebaikan, kebenaran, sementara kiri dikaitkan dengan keburukan, kejahatan [lihat referensi 1]. Dalam kosakata bahasa Inggris, right bisa berarti kanan bisa juga berarti benar. Ini persoalan budaya yang tidak akan kita bahas di sini.
Muncul pertanyaan,

Mengapa populasi orang kidal lebih sedikit daripada non-kidal (kadal)?

Para ilmuwan belum sepakat tentang penyebab disparitas ini, mungkin genetik mungkin juga budaya [referensi 2].

Beberapa pertanyaan yang lebih menarik lagi adalah:

Apakah hukum alam membedakan kiri dan kanan? Apakah populasi orang kidal yang lebih sedikit menunjukkan bahwa hukum alam memang tidak simetrik kiri-kanan?

Dibutuhkan studi mendalam untuk membuktikannya. Fakta-fakta di atas tidak cukup untuk meyakinkan para fisikawan. Disparitas tersebut kemungkinan disebabkan bukan karena hukum alam membedakan kiri dan kanan, tetapi karena kebetulan sejarah belaka. Fisikawan butuh bukti yang benar-benar meyakinkan.

Contoh lain [referensi 3] yang mengindikasikan ketidaksimetrisan kiri-kanan: alanine salah satu jenis asam amino, penyusun protein, terbagi atas dua jenis: L-alanine dan D-alanine. Keduanya tersusun dari atom-atom yang sama, kecuali bahwa yang satu adalah cerminan dari yang lainnya. Ternyata alanine yang diperoleh dari makhluk hidup sebagian besar berupa L-alanine. Meskipun demikian, jika alanine dibuat di laboratorium dari karbondioksida, ethana dan methana, maka akan diperoleh molekul L-alanine dan D-alanine yang jumlahnya sama. Semua pengukuran di laboratorium, misalnya pengukuran energi dan laju reaksi menunjukkan simetri antara L-alanine dan D-alanine (referensi 3). Sepertinya hukum alam tidak membedakan kiri dan kanan.

Lalu mengapa protein dari makhluk hidup cuma mengandung L-alanine? Ilmuan cuma bisa menduga-duga. Karena suatu kebetulan belaka, makhluk hidup “primitif” (bersel satu) berjenis L-alanine menang dan mendominasi. Makhluk hidup berjenis D-alanine, tidak memiliki enzim untuk mencerna L-alanine, sehingga mereka mati kelaparan. Sekali lagi, disparitas L-alanine dan D-alanine pada protein makhluk hidup, tidak dapat meyakinkan kita bahwa hukum alam memang tidak simetrik kiri-kanan. Oleh karena tidak adanya bukti yang meyakinkan, hingga tahun 1956 para fisikawan masih percaya bahwa hukum alam simetrik terhadap pencerminan; Ganti kiri menjadi kanan dan kanan menjadi kiri.

Jadi apa yang dimaksud dengan hukum alam yang simetrik terhadap pencerminan?
Jika suatu proses fisika terjadi (kimia dan biologi adalah subset-nya tapi tidak kalah pentingnya) maka proses fisika lain yang merupakan cerminannya juga dapat terjadi dengan peluang yang sama. Fisikawan menyebut simetri kiri dan kanan ini sebagai parity invariance.
Pada tahun 1957 terjadi peristiwa yang sangat penting: Wu dan kawan-kawan mempublikasikan hasil eksperimen mereka [referensi 4]. Setahun sebelumnya T.D. Lee dan C. N. Yang, dalam artikel teoretik mereka [referensi 5] memprediksi kemungkinan pelanggaran simetri kiri-kanan ini dan mengusulkan eksperimen untuk membuktikannya. Artikel mereka nyaris diabaikan oleh komunitas fisika, tapi Lee berhasil membujuk koleganya C. S. Wu di Universitas Columbia untuk mencoba [referensi 6]. Kolega lainnya di U. Columbia, R. L. Garwin, Leon Lederman, and R. Weinrich, juga mencoba melakukan eksperimen berbeda [referensi 7], dengan kesimpulan yang sama.

Seperti apa eksperimennya? Wu dkk mengukur distribusi partikel beta yang terpancar pada peluruhan atom kobalt Co-60 menjadi nikel Ni-60:

Pertama, kita definisikan dulu arah “utara” dengan aturan tangan kanan. Jika 4-jari (selain jempol) menunjukkan arah rotasi maka “kutub utara” adalah arah jempol. Sekarang jika hukum alam simetrik kiri-kanan maka banyaknya partikel beta yang terpancar ke arah “utara” akan sama dengan yang terpancar ke arah “selatan”, karena yang satu adalah cerminan dari yang lainnya.

Hasil eksperimennya? Partikel beta sebagian besar terpancar ke arah “selatan”. Inilah bukti yang meyakinkan bahwa hukum alam tidak mematuhi simetri kiri-kanan.

Di alam semesta ini dikenal ada 4 cara partikel saling berinteraksi: gravitasi, elektromagnetik, strong interaction, weak interaction, yang penjelasannya di luar cakupan artikel ini (semoga suatu saat bisa kita bahas bersama). Sekarang dipahami bahwa simetri kiri-kanan SELALU dilanggar pada proses fisika yang melibatkan weak interaction.

Catatan: gambar-gambar dicomot dari internet dengan bantuan google tanpa izin pemiliknya. Gambar thumbs up diambil dari thesituationist.wordpress.com, gambar alanine dari www.ks.uiuc.edu, gambar beta decay dari education.jlab.org dengan sedikit modifikasi.

Referensi:
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Left_handedness
[2] http://www.cbc.ca/quirks/archives/05-06/jun10.html dalam file mp3 atau http://en.wikipedia.org/wiki/Handedness
[3] Feynman, Leighton, Sands. The Feynman Lectures on Physics, Vol. I, halaman.52-4. 1989, Caltech.
[4] C. S. Wu, E. Ambler, R. W. Hayward, D. D. Hoppes, dan R. P. Hudson, Phys. Rev. 105, 1413 (1957).
[5] T. D. Lee dan C. N. Yang, Phys. Rev. 104, 254 (1956).
[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Parity_(physics) atau http://ccreweb.org/documents/parity/parity.html
[7] R. L. Garwin, L. M. Lederman, R. Weinrich, Phys. Rev. 105, 1415 (1957).
[8] Parity violation dapat dibaca di buku teks fisika partikel: D. Griffith, Introduction to elementary particles.