Analiza najnowszych danych uzyskanych w LHC po jego restarcie, po raz kolejny nie pozwoliła fizykom na znalezienie śladów monopoli magnetycznych - hipotetycznych cząstek z tylko dodatnim lub tylko ujemnym biegunem - wynika z artykułu zamieszczonego w bibliotece elektronicznej arXiv.org.
„Pomimo tego, że nie znaleźliśmy monopoli, udało nam się podać nowe, najbardziej wiarygodne szacunki jego minimalnej masy i natężenia pola magnetycznego. Istnieją inne szacunki tych parametrów, ale zostały one wykonane na podstawie różnego rodzaju założeń, a nie danych eksperymentalnych”- powiedział Arttu Rajantie z Imperial College London (Wielka Brytania).
Magnetyczne monopole to hipotetyczne cząstki z jednym biegunem magnetycznym, których ewentualne istnienie po raz pierwszy ogłosił angielski fizyk Paul Dirac w 1931 roku. Jeśli naukowcom uda się znaleźć je w naturze lub stworzyć w laboratorium, to odkrycie to jednoznacznie potwierdzi założenie, że ładunki elektryczne wszystkich cząstek są wielkościami dyskretnymi, na których opierają się prawie wszystkie współczesne teorie fizyczne.
Fizycy nie byli jeszcze w stanie tego zrobić z jednego prostego powodu - masa monopolu, jak sądzą dziś teoretycy, jest bardzo duża. Stanowi co najmniej jedną trzecią masy protonu i najprawdopodobniej jest porównywalny z masą kwarku T, najcięższej jak dotąd cząstki elementarnej. Współczesne akceleratory cząstek dopiero niedawno zaczęły osiągać ten poziom, dlatego wcześniejsze poszukiwania monopoli w takiej postaci, w jakiej je wyobrażał Dirac, były praktycznie niemożliwe.
Na przykład LHC zaczął szukać monopoli dopiero w 2011 roku, kiedy w jego pierścieniu zainstalowano detektor MoEDAL, przeznaczony do obserwacji śladów tych superciężkich cząstek. Jest to zestaw metalowych ekranów i kilkuset aluminiowych półfabrykatów zainstalowanych między nimi i oddziałujących z przechodzącymi cząstkami.
Zgodnie z koncepcją twórców MoEDAL, niektóre monopole będą „utknęły” wewnątrz tych prętów, tak aby można je było wykryć za pomocą nadczułych czujników pola magnetycznego opartych na nadprzewodnikach.
Trzy ostatnie próby znalezienia monopoli za pomocą takich pułapek - w 2012, 2013 i 2015 roku - zakończyły się niepowodzeniem. Pomimo wzrostu czułości detektorów i podwojenia mocy samego LHC, fizycy nie byli w stanie znaleźć żadnych śladów jednobiegunowych cząstek magnetycznych, co znacznie zawęziło pole ich ewentualnych poszukiwań.
Podobne wyniki, według Jamesa Pinfolda, lidera projektu z University of Alberta w Edmonton w Kanadzie, uzyskano analizując kompletny zbiór danych dla całego drugiego cyklu LHC, podczas którego MoEDAL zgromadził sześć razy więcej informacji niż przez cały poprzedni czas.
Film promocyjny:
Zdaniem naukowców, początkowo byli w stanie wykryć około czterech tuzinów potencjalnych śladów monopoli, ale ponowne testy wykazały, że wszystkie one były spowodowane awariami i błędami w działaniu nadprzewodzących czujników pola magnetycznego, a nie rzeczywistymi cząstkami elementarnymi.
Takie wyniki pomiarów, jak zauważa Pinfold, wskazują, że minimalna masa monopola wynosi około 400 miliardów elektronowoltów, czyli około 400 razy więcej niż proton i trzy razy więcej niż kwark T. Grupa Rajanti doszła do podobnych wniosków, analizując dane z innej części LHC - akceleratora SPS, w którym, jak sądzili naukowcy, poszczególne monopole można łączyć w pary.
Takie ciężkie cząstki, zdaniem fizyków, będą niezwykle trudne do wyszukania w LHC, a nawet w jego następcy, liniowym zderzaczu ILC, nieustannie obserwującym zderzenia jąder i protonów przez wiele lat. Z tego powodu tajemnica dyskretności ładunków elektrycznych może pozostać nierozwiązana przez kilka dziesięcioleci - podsumowują naukowcy.