_ Experimentul Large Hadron Collider este zero în despre monopolurile magnetice

Defunctul fizician Joseph Polchinski a spus odată că existența monopolurilor magnetice este „unul dintre cele mai sigure pariuri pe care le poți face despre fizica nevăzută încă”. În căutarea acestor particule, care au o sarcină magnetică și sunt prezise de mai multe teorii care extind modelul standard, colaborarea MoEDAL la Large Hadron Collider (LHC) nu i-a dat încă dreptate lui Polchinski, dar ultimele sale descoperiri marchează un pas semnificativ. înainte.

Rezultatele, raportate în două articole postate pe serverul de pretipărire arXiv, restrâng considerabil fereastra de căutare pentru aceste particule ipotetice.

La LHC, perechile de monopoli magnetici ar putea fi produs în interacțiunile dintre protoni sau ionii grei. În ciocnirile dintre protoni, aceștia ar putea fi formați dintr-un singur foton virtual (mecanismul Drell-Yan) sau fuziunea a doi fotoni virtuali (mecanismul de fuziune fotonică). Perechi de monopoli magnetici ar putea fi, de asemenea, produse din vid în câmpurile magnetice enorme create în coliziuni cu ioni grei, printr-un proces numit mecanism Schwinger.

De când a început să preia date în 2012, MoEDAL a realizat câteva premiere, inclusiv efectuarea primelor căutări la LHC pentru monopoli magnetici produși prin mecanismul de fuziune fotonică și prin mecanismul Schwinger.

În primul dintre ultimele sale studii, colaborarea MoEDAL a căutat monopoluri și obiecte cu sarcină electrică ridicată (HECO) produse prin mecanismele Drell-Yan și de fuziune fotonică. Căutarea sa bazat pe datele de coliziune proton-proton colectate în timpul Run 2 a LHC, utilizând pentru prima dată detectorul complet MoEDAL.

Detectorul complet cuprinde două sisteme principale sensibile la monopolul magnetic, HECO și alte particule ipotetice puternic ionizante. Primul poate înregistra permanent urmele monopolurilor magnetice și ale HECO, fără semnale de fond de la particulele modelului standard. Aceste urme sunt măsurate folosind microscoape optice de scanare la INFN Bologna.

Al doilea sistem constă dintr-o tonă de volume de captare concepute pentru a captura monopoluri magnetice. Aceste volume de captare – care fac din MoEDAL singurul experiment de coliziune din lume care poate identifica în mod definitiv și direct sarcina magnetică a monopolurilor magnetice – sunt scanate la ETH Zurich folosind un tip special de magnetometru numit SQUID pentru a căuta monopolurile prinse pe care le pot conține. .

În cea mai recentă scanare a volumelor de captare, echipa MoEDAL nu a găsit monopol magnetic sau HECO, dar a stabilit limite pentru masa și rata de producție a acestor particule pentru diferite valori ale spinului particulelor, o formă intrinsecă. de moment unghiular.

Pentru monopolurile magnetice, limitele masei au fost stabilite pentru sarcini magnetice de la 1 la 10 ori unitatea fundamentală de sarcină magnetică, sarcina Dirac (gD) și existența monopolurilor cu mase ca a fost exclusă o valoare de aproximativ 3,9 trilioane de electronvolți (TeV).

Pentru HECO, limitele de masă au fost stabilite pentru sarcinile electrice de la 5e la 350e, unde e este sarcina electronilor și existența HECO cu mase variind au fost excluse până la 3,4 TeV.

„Întinderea de căutare a MoEDAL atât pentru monopoluri, cât și pentru HECO permite colaborării să cerceteze o mare parte din „spațiul de descoperire” teoretic pentru aceste particule ipotetice”, spune purtătorul de cuvânt al MoEDAL, James Pinfold. .

În cel de-al doilea studiu recent, echipa MoEDAL s-a concentrat pe căutarea monopolurilor produși prin mecanismul Schwinger în datele de coliziune cu ioni grei preluate în timpul Run 1 a LHC. Într-un efort unic, a scanat o secțiune dezafectată a conductei de fascicul experiment CMS, în loc de volumele de captare ale detectorului MoEDAL, în căutarea monopolurilor prinse.

Încă o dată, echipa nu a găsit monopoluri, dar a stabilit cele mai puternice limite de masă până în prezent pentru monopolurile Schwinger cu o sarcină între 2gD și 45gD, excluzând existența monopolurilor cu mase de până la 80 GeV.

„Importanța vitală a mecanismului Schwinger este că producția de monopoluri compozite nu este suprimată în comparație cu cea a celor elementare, așa cum este cazul proceselor Drell-Yan și de fuziune fotonică.” explică Pinfold. „Astfel, dacă monopolurile sunt particule compozite, aceasta și căutarea noastră anterioară Schwinger-monopol ar fi putut fi primele șanse de a le observa.”

Detectorul MoEDAL va fi în curând alăturat de Aparatul MoEDAL pentru penetrare. Particule, pe scurt MAPP, care va permite experimentului să arunce o rețea și mai largă în căutarea de noi particule.

(Fluierul)