Использование сильнейших магнитных полей во Вселенной может выявить неуловимую частицу

Ученые из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) и физики из Ноттингемского университета и Детектора монополей и экзотики (MoEDAL) использовали Большой адронный коллайдер для изучения производственного механизма, теоретизированного Джулианом Свингером, американским физиком, лауреатом Нобелевской премии. Теперь поиск неуловимой элементарной частицы стал более жизнеспособным, чем когда-либо. Результаты научной работы были опубликованы в журнале Nature.

Команда была занята поиском магнитных монополей - это гипотетические фундаментальные частицы с одним магнитным полюсом, предсказанные несколькими теориями, но еще не обнаруженные. Подтверждение их существования имело бы преобразующее значение для физики, доказав, что существуют законы природы, не охваченные в настоящее время преобладающей теорией физики (стандартной моделью) и позволяющие исследовать новые законы уникальными способами.

«Этот конкретный поиск монополя был новаторским и открыл новый, многообещающий путь для дальнейших поисков. Наш поиск был первым, где магнитные монополи с конечным размером были реально обнаружены, и, хотя мы их не нашли, мы смогли установить первые надежные пределы массы монополя», - высказался Игорь Островский, физик-механик из Университета Алабамы и соответствующий автор статьи.

Группа ученых искала образование магнитных монополей при столкновениях тяжелых ионов на самом большом и мощном в мире ускорителе частиц. Столкновения породили сильные магнитные поля, более мощные, чем у быстро вращающихся нейтронных звезд, и такие сильные поля могли привести к спонтанному созданию магнитных монополей с помощью механизма Швингера.

«Большое преимущество механизма Швингера заключается в том, что мы можем рассчитать его скорость более надежно, чем для любых других производственных процессов, исследованных на БАК до сих пор. Это дает нам хорошее представление о том, сколько монополей должно рассматриваться в эксперименте в зависимости от их массы и магнитного заряда. И поскольку никто из них не был замечен, мы можем с уверенностью сказать, что магнитные монополи должны быть тяжелее определенной величины», - высказался Оливер Гулд, научный сотрудник Ноттингемского университета, который выполнил теоретические расчеты для этого поиска.

Чтобы обнаружить магнитные монополи, исследователи MoEDAL использовали сверхпроводящий магнитометр для сканирования детекторных модулей, подвергшихся столкновениям свинца и свинца БАК, на наличие сигнатур захваченного магнитного заряда. При отсутствии признаков сигнала исследователи смогли исключить существование монополей легче 75 ГэВ/с2, где с - скорость света, для магнитных зарядов в диапазоне от 1 до 3 базовых единиц магнитного заряда.

Оливер Гулд пришел к выводу, что поиск магнитных монополей имеет богатую историю, связанную со многими теоретическими предложениями в физике элементарных частиц. Тем не менее, это первый эксперимент, который позволил установить явные ограничения на свойства любых возможных магнитных монополей. Это зависело от тесного сотрудничества между теоретиками и экспериментаторами.

В ближайшем будущем MoEDAL планирует получить больше данных и повысить чувствительность к более тяжелым монополям с большим магнитным зарядом.