Jagter partikler med små elektriske ladninger

Alle kendte elementarpartikler har elektriske ladninger, der er heltalsmultipler af en tredjedel af elektronladningen. Men nogle teorier forudsiger eksistensen af ​​"millicharged" elementarpartikler, der ville have en ladning meget mindre end elektronen oplader og kunne redegøre for det undvigende mørke stof, der fylder universet. Et internationalt team af forskere har nu rapporteret om den første søgning på Large Hadron Collider (LHC) - og mere generelt ved enhver Hadron Collider - efter elementarpartikler med ladninger mindre end en tiendedel af elektronladningen.

Mange tidligere undersøgelser har forsøgt og ikke fundet millicharged partikler, begge direkte, ved kollider og ikke-kollider eksperimenter, og indirekte, ved hjælp af astronomiske observationer. Men millicharged partikler med masser mellem omkring 1 milliard elektron volt (GeV) og 100 GeV forbliver stort set uudforsket på grund af manglende følsomhed af strømdetektorer for sådanne partikler.

Det er her, en foreslået detektor kaldet milliQan kan gøre en forskel. Detektoren ville være følsom over for 1–100 GeV millicharged partikler produceret i proton -proton kollisioner ved LHC, gennem lysglimt skabt i dens indre ved passage af en sådan partikel. Detektoren mangler endnu at blive godkendt, og hvis godkendt derefter bygget, men en demonstrationsdetektor, der kun er 1% af den fulde detektor og blev installeret på LHC i 2017 og indsamlet data i 2018, har nu givet lovende resultater.

Dataene taget af milliQan -demonstratoren udelukker eksistensen af ​​millicharged partikler med masser mellem 20 og 4700 MeV for ladninger, der varierer mellem 0,006 og 0,3 gange elektronladningen, afhængig af massen. Resultaterne er i overensstemmelse med dem, der tidligere var opnået ved andre eksperimenter, og repræsenterer en hadronkollideres første venture på partiklernes område med en ladning mindre end 0,1 gange elektronladningen.

"Vi er meget glade for disse resultater fra demonstratoren. Det har helt sikkert nået det oprindelige mål om at give feedback på vores design og give os erfaring med dets drift, men for at demonstrere, at vi kun med en 1% prototype allerede var i stand til at lægge nye begrænsninger på egenskaberne af millicharged partikler var en god bonus. Vi er nu ganske sikre på, at milliQan-detektoren i fuld skala vil fungere som forventet, og vi ser frem til at sikre midlerne til at få dette til at ske, "siger Chris Hill, medordfører for milliQan-samarbejdet.