Пучковая трубка Большого адронного коллайдера приближается к обнаружению магнитных монополей

Исследователи использовали секцию лучевой трубы БАК для поиска магнитных монополей — гипотетических частиц с одним магнитным полюсом.

Их исследования, включавшие анализ эффектов излучения от столкновений ионов высоких энергий, не выявили существования монополей, но наложили строгие ограничения на их существование, продвигая наше понимание физики элементарных частиц.

Исследование магнитной монополии

Новое исследование с использованием выведенной из эксплуатации секции лучевой трубы Большого адронного коллайдера (БАК) в… ЦЕРН Ученые как никогда близки к проверке существования магнитных монолитов.

Ученые из Ноттингемский университетВ сотрудничестве с международной командой они выявили самые строгие ограничения существования магнитных монополей, раздвигая границы того, что известно об этих неуловимых частицах. Их исследование было опубликовано 15 августа в журнале Письма с обзором материалов.

Теоретические основы и направленность исследования

В физике элементарных частиц магнитный монополь — это гипотетическая элементарная частица, представляющая собой изолированный магнит только с одним магнитным полюсом (северный полюс и отсутствие южного полюса или наоборот).

«Могут ли существовать частицы только с одним магнитным полюсом, северным или южным?», — сказал Оливер Гулд, исследователь Школы физики и астрономии Ноттингемского университета, ведущий теоретик исследования. «Это остается интригующей возможностью. подхвачено знаменитыми физиками Пьером Кюри и Полем Дираком». «Подтверждение его существования было бы большим сдвигом в физике, но пока экспериментальные исследования ничего не дали».

Экспериментальная установка и методология

Команда сосредоточила свои исследования на выведенной из эксплуатации секции лучевой трубы БАК в ЦЕРН, европейской организации ядерных исследований. Исследование провели физики из «Монополя и детектора НЛО» в эксперименте LHC (MoEDAL), исследуя секцию бериллиевой лучевой трубы, идентифицированную в точке столкновения частиц для эксперимента с компактным мюонным соленоидом (CMS). Эта трубка излучала миллиарды столкновений высокоэнергетических ионов, произошедших всего в нескольких сантиметрах от нас.

«Близость лучевой трубки к точке столкновения ультрарелятивистских тяжелых ионов дает уникальную возможность исследовать монополи с беспрецедентно высокими магнитными зарядами», — объяснил Адитья Упрети, докторант, который руководил экспериментальным анализом во время работы в группе профессора Островского MoEDAL. в Университете Алабамы. «Поскольку магнитный заряд сохраняется, монополи не могут разложиться и, как ожидается, будут захвачены материалом трубки, что позволяет нам надежно искать их с помощью устройства, которое непосредственно чувствительно к магнитному заряду».

Результаты и будущие направления

Исследователи изучали образование магнитных монополей во время столкновений тяжелых ионов на Большом адронном коллайдере, который генерировал магнитные поля более сильные, чем те, которые создаются быстро вращающимися нейтронными звездами. Такие интенсивные поля могут спонтанно создавать магнитные монополи посредством механизма Швингера.

«Несмотря на то, что это старый кусок трубы, предназначенный для утилизации, наши прогнозы показали, что это может быть самое многообещающее место на Земле для поиска магнитного монополя», — добавил Оливер.

Команда MoEDAL использовала сверхпроводящий магнитометр для сканирования лучевой трубки на наличие признаков захваченного магнитного заряда. Хотя они не нашли доказательств существования магнитных монополей, их результаты исключают существование монополей легче 80 ГэВ/с (где c — скорость света) и обеспечивают ведущие в мире ограничения для магнитных зарядов в диапазоне от 2 до 45 фундаментальных. единицы.

Исследовательская группа теперь планирует расширить сферу своих исследований, и Оливер заключает: «Лучевая трубка, которую мы использовали, была из первого запуска Большого адронного коллайдера, который проводился до 2013 года и при более низких энергиях. Расширение исследования до большего количества. недавние эксперименты с более высокими энергиями могут удвоить масштаб наших экспериментов. «Сейчас мы также думаем о совершенно других стратегиях поиска магнитных монополей».

Ссылка: «Поиск MoEDAL в лучевой трубке CMS магнитных монополей, созданных за счет эффекта Швингера» до 15 августа 2024 г., Письма с обзором материалов.
doi: 10.1103/PhysRevLett.133.071803