ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΜΟΝΟΠΟΛΑ

Το πείραμα ATLAS στο CERN κατευθύνεται προς τα μαγνητικά μονόπολα

Σπάστε έναν μαγνήτη σε δυο τμήματα, δεν έχει σημασία πόσο μικρά, και θα πάρετε δυο μαγνήτες, με τον καθένα να έχει ένα νότιο και ένα βόρειο πόλο αντίθετης μαγνητικής φύσης. Ωστόσο, ορισμένες θεωρίες προβλέπουν σωμάτια με ένα απομονωμένο μαγνητικό πόλο, ο οποίος θα φέρει μαγνητικό φορτίο ανάλογο με ένα θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Όμως παρά τις πολλές έρευνες, τέτοια μαγνητικά μονόπολα δεν έχουν εντοπιστεί ποτέ στους σωματιδιακούς επιταχυντές σύγκρουσης. Μια νέα έρευνα από την συνεργασία ATLAS στο CERN θέτει ορισμένα ακόμη στενότερα όρια στο ρυθμό παραγωγής αυτών των υποθετικών σωματίων. Τα αποτελέσματα αυτά είναι συμπληρωματικά με αυτά από το πείραμα MoEDAL του CERN, που είναι ειδικά σχεδιασμένο για να ερευνήσει για μαγνητικά μονόπολα.

Τα μαγνητικά μονόπολα, που αρχικά προτάθηκαν το 1931 από τον φυσικό Paul Dirac, έχουν αποδειχθεί από τότε ότι είναι ένα εξαγόμενο των αποκαλούμενων μεγάλων ενοποιητικών θεωριών (GUTs) της σωματιδιακής φυσικής, οι οποίες ενοποιούν τις βασικές δυνάμεις σε υψηλές ενέργειες σε μια μόνο δύναμη. Τέτοια GUT-μονόπολα τυπικά έχουν μάζες που είναι πολύ μεγάλες για αυτά για να εντοπιστούν σε σωματιδιακούς επιταχυντές σύγκρουσης, όμως ορισμένες επεκτάσεις του Καθιερωμένου Προτύπου προβλέπουν μονόπολα με μάζες που θα μπορούσαν με βρίσκονται σε ένα εύρος προσιτό για τους επιταχυντές σύγκρουσης.

Η τελευταία έρευνα του ATLAS βασίζεται σε δεδομένα από τις συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων που παράγονται στον LHC (Large Hadron Collider) στην ενέργεια των 13 TeV. Η ομάδα έψαξε για σήματα, στα δεδομένα των μεγάλης ενέργειας αποθέσεων, που θα πρέπει να έχουν μείνει πίσω από τα μαγνητικά μονόπολα στον σωματιδιακό ανιχνευτή του ATLAS. Οι αποθέσεις ενέργειας θα πρέπει να είναι ανάλογες με το τετράγωνο του μαγνητικού τους φορτίου. Τέτοιες μεγάλες αποθέσεις είναι επίσης μια αναμενόμενη υπογραφή των αντικειμένων υψηλού ηλεκτρικού φορτίου (HECOs), τα οποία μπορεί να περιλαμβάνουν μίνι μαύρες τρύπες, έτσι η έρευνα ήταν επίσης ευαίσθητη για HECOs.

Η ομάδα δεν βρήκε σήματα για μαγνητικά μονόπολα ή HECOs στα δεδομένα αλλά βελτίωσε προηγούμενη εργασία σε διάφορα μέτωπα. Πρώτα, η έρευνα πέτυχε να βελτιώσει τα όρια στο ρυθμό παραγωγής των μονόπολων που φέρουν ένα ή δυο μονάδες θεμελιώδους μαγνητικού φορτίου που αποκαλείται φορτίο Dirac. Τα νέα όρια υπερβαίνουν αυτών από το πείραμα MoEDAL, αν και το MoEDAL είναι ευαίσθητο σε ένα μεγαλύτερο εύρος μαγνητικού φορτίου – πάνω από πέντε φορτία Dirac – και μπορούν να ανιχνεύσουν μονόπολα που παράγονται από δυο μηχανισμούς, ενώ το ATLAS ερεύνησε μόνο έναν. Οι ερευνητές του MoEDAL επίσης εργάζονται προς την κατεύθυνση να σπρώξουν το πείραμα να ερευνήσει μονόπολα με μαγνητικά φορτία πολύ πέρα από τα πέντε φορτία Dirac.

Επιπροσθέτως, η έρευνα του ATLAS βελτιώνει τα όρια στην παραγωγή HECOs με ηλεκτρικό φορτίο μεταξύ 20 και 60 φορές του φορτίο του ηλεκτρονίου. Τελικά, η έρευνα είναι η πρώτη που ανιχνεύει HECOs με φορτία μεγαλύτερα από 60 φορές το φορτίο του ηλεκτρονίου, ξεπερνώντας το φορτίο που ερευνήθηκε από προηγούμενες έρευνες από το ATLAS και επίσης από τη συνεργασία CMS.

Πηγή: CERN