Ketika kita membicarakan tunnelling, maka kita perlu mempertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhi probabilitas partikel melalui barrier. Salah satu contoh penting adalah panjang barrier dan massa partikel.

Peran Panjang Barrier

Panjang barrier berpengaruh terhadap probabilitas tunnelling. Semakin panjang barrier, semakin rendah probabilitas partikel dapat melaluinya. Hal ini karena partikel harus memiliki energi yang cukup untuk melewati barrier sepanjang.

Peran Massa Partikel

Massa partikel juga berpengaruh terhadap probabilitas tunnelling. Semakin besar massa partikel, semakin rendah probabilitas partikel dapat melaluinya. Hal ini karena partikel dengan massa yang lebih besar memerlukan energi yang lebih tinggi untuk melewati barrier.

Tunnelling dalam Skala Nanometer

Karena alasan di atas, tunnelling sangat sering terjadi pada skala nanometer, seperti dalam molekul dan atom-atom. Namun, pada skala makroskopik, probabilitas tunnelling menjadi sangat rendah karena panjang barrier yang lebih besar dan massa partikel yang lebih kecil.

Rutherford Scattering dan Jari-jari Nuklir

Pada tahun 1911, Rutherford melakukan eksperimen scattering alpha particles pada sheet of gold foil. Hasilnya menunjukkan bahwa atom terdiri dari nucleus kecil dan padat yang diapit oleh ruang hampa. Eksperimen ini juga membantu mengembangkan teori struktur nucleus.

Energi Nuklir

Nucleus dapat bergerak antara tingkat energi diskret, mirip dengan elektron dalam atom. Pada saat decay, nucleus yang terkena radiasi gamma akan menyebar dalam frekuensi gamma yang terkait dengan tingkat energi.

Neutrino

Neutrino adalah partikel lepton yang tidak memiliki muatan listrik atau muatan kuat. Oleh karena itu, neutrino dapat melewati materi tanpa interaksi. Neutrino diproduksi dalam banyak reaksi partikel, seperti decay beta.

Hukum Decay Radiasi dan Konstanta Decay

Aktivitas decay radiasi juga dapat ditunjukkan secara eksponensial oleh hukum decay radiasi. Konstanta decay (λ) mewakili kemungkinan decay nucleus per satuan waktu dan tergantung pada jenis unsur.

Deviations dari Scattering Rutherford

Pada tahun 1960-an, penelitian menemukan deviations dari scattering Rutherford yang signifikan pada energi alpha particles yang sangat tinggi (>27.5 MeV). Deviations ini dapat dijelaskan dengan interaksi antara alpha particles dan nucleus melalui gaya nuklir kuat.

Contoh Kerja

Apakah perbedaan dalam pola scattering jika foil emas digantikan dengan foil aluminium?

Jawaban:

Langkah 1: Bandingkan muatan nuclei

Gaya antara nuclei karena repulsi listrik adalah

Jadi, muatan nucleus berbanding terhadap kuadrat jarak antara itu dan alpha particles.

Langkah 2: Prediksi pola dan deviations dari scattering Rutherford

Deviations dari scattering Rutherford terjadi ketika alpha particles mendekati cukup dekat sehingga gaya nuklir kuat menjadi lebih signifikan daripada gaya listrik
Pada jarak yang sangat kecil (<1,5 fm), efek gaya nuklir kuat menjadi signifikan
Alpha particles dapat mendekati nuclei aluminium pada energi yang lebih rendah dibandingkan dengan nuclei emas
Jadi, alpha particles akan kurang dipengaruhi oleh repulsi listrik dan dapat mendekati cukup dekat untuk interaksi dengan gaya nuklir kuat
Hence, deviation akan lebih besar dengan foil aluminium daripada foil emas.

Tips Ujian

Pastikan Anda dapat menjelaskan kapan deviations dari scattering Rutherford terjadi yaitu:

Ketika alpha particles memiliki energi yang sangat tinggi
Nucleus target memiliki nucleon yang rendah