Nyt resultat i jagten på mystiske magnetiske monopoler

Ved at skære en magnet i halvdelen opnås to magneter, hver med sin egen nord- og sydpol. Dette tilsyneladende fravær af en isoleret magnetisk pol, eller "magnetisk monopol, "har undret fysikere i mere end et århundrede. Det forekommer helt naturligt, at der eksisterer en magnetisk monopol; Maxwells ligninger ville afspejle fuldstændig symmetri mellem elektricitet og magnetisme, hvis partikler med magnetisk ladning blev observeret. Men mysteriet består:Mens hver kendt partikel er enten elektrisk ladet eller neutral, ingen har vist sig at være magnetisk ladet.

I 1931, Paul Dirac formelt foreslog en teori for magnetiske monopoler, som kan fremstilles under forhold som dem, der findes på LHC. Forskere fra ATLAS Collaboration ved CERN har designet en specialiseret teknik til at søge efter beviser for sådanne partikler. Ifølge Dirac, magnetiske monopoler med grundlæggende magnetisk ladning (1 g _D ) ioniserer stof på samme måde som et objekt med høj elektrisk ladning (HECO) ville. Store energiforekomster, proportional med ladningen i kvadrat, ville blive efterladt i ATLAS -detektoren, som disse partikler rejste igennem.

Dermed, en søgning efter magnetiske monopoler med disse egenskaber går hånd i hånd med en søgning efter stabile partikler af mange gange (mere end 20) ladningen af ​​elektronen. ATLAS -fysikere vælger kollisionshændelser med egenskaber, der forventes af HECO'er eller magnetiske monopoler fra data indsamlet af ATLAS 'sporingsdetektor og kalorimetersystemer til yderligere analyse. Disse kandidathændelser identificeres ved at skelne mellem regioner med store og snævre energiaflejringer i kalorimeteret og tilsvarende spor af høj ionisering i overgangsstrålingssporeren.

ATLAS Collaboration har frigivet sine første resultater fra søgningen efter magnetiske monopoler og HECO'er i 13 TeV-proton-protonkollisioner. Da der ikke blev observeret tegn på hverken magnetiske monopoler eller HECO'er, der blev etableret begrænsninger på spin-0 og spin-½ partikler under forudsætning af Drell-Yan elektromagnetisk parproduktionsmekanisme.

Til dato, søgningen er den mest følsomme undersøgelse af magnetiske monopoler i intervallet 1 til 2 g _D magnetisk ladning, overgår resultaterne af det dedikerede MoEDAL -eksperiment, som ikke desto mindre sonderer et større område. Undersøgelsen forbedrer også, med cirka en faktor fem, de tidligere begrænsninger for den direkte produktion af magnetiske monopoler med magnetisk ladning 1 g _D (se figur). I øvrigt, det er den første søgning for at studere HECO'er med ladninger større end 60 gange elektronens ladning, derved overskrider de områder, der er omfattet af tidligere undersøgelser fra CMS og ATLAS Collaborations.

ATLAS har igen vist sig at være et kraftfuldt instrument til videnskabelig undersøgelse. Gennem dets generelle formål at opdage evner, fysikere vil være i stand til at fortsætte jagten på eksotiske partikler som den magnetiske monopol.