Los extremos del tubo del Gran Colisionador de Hadrones están más cerca de enmascarar los monopolos magnéticos

Los investigadores utilizaron una sección del tubo del haz del LHC para buscar monopolos magnéticos, partículas hipotéticas con un solo polo magnético.

Su investigación, que implicó analizar los efectos de la radiación procedente de colisiones de iones de energía ultraalta, no reveló ningún monopolo, pero sí impuso estrictas limitaciones a su existencia, mejorando nuestra comprensión de la física de partículas.

Investigación sobre monopolos magnéticos

Una nueva investigación utiliza una sección fuera de servicio del tubo de la viga del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en CERN acercó más que nunca a los científicos para probar si existen monopolos magnéticos.

Científicos de la Universidad de Nottinghamen colaboración con un equipo internacional, reveló las restricciones más estrictas hasta el momento sobre la existencia de monopolos magnéticos, ampliando los límites de lo que se sabe sobre estas elusivas partículas. Su investigación fue publicada el 15 de agosto en Cartas de revisión física.

Fundamentos teóricos y enfoque de estudio.

En física de partículas, un monopolo magnético es una partícula elemental hipotética que es un imán aislado con un solo polo magnético (un polo norte sin polo sur o viceversa).

Oliver Gould, miembro de Dorothy Hodgkin en la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Nottingham, es el principal teórico del estudio y dijo: «¿Puede haber partículas con un solo polo magnético, o en el norte o en el sur? Esta intrigante posibilidad , apoyado por los renombrados físicos Pierre Curie y Joseph Polchinski, sigue siendo uno de los misterios más intrigantes de la física teórica. La confirmación de su existencia sería transformadora para la física, pero hasta la fecha las búsquedas experimentales han resultado con las manos vacías.

Configuración y metodología experimentales.

El equipo centró su búsqueda en una sección fuera de servicio del tubo del haz del LHC en el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear. Realizado por físicos del Monopole and Exotics Detector del experimento LHC (MoEDAL), el estudio examinó una sección del tubo del haz de berilio que se encontraba en el punto de colisión de partículas para el experimento Solenoide del Muon Compact (CMS). Esta tubería sufriría la radiación de miles de millones de colisiones de iones de energía ultraalta que se producirían a sólo unos centímetros de distancia.

«La proximidad del tubo del haz al punto de colisión de iones pesados ​​ultrarelativistas proporciona una oportunidad única para sondear monopolos con cargas magnéticas sin precedentes», explicó Aditya Upreti, Ph.D. candidato que realizó el análisis experimental mientras trabajaba en el grupo MoEDAL del profesor Ostrovskiy en la Universidad de Alabama. «Dado que la carga magnética se conserva, los monopolos no pueden desintegrarse y se espera que sean capturados por el material de la tubería, lo que nos permite buscarlos de manera confiable con un dispositivo directamente sensible a la carga magnética».

Resultados y direcciones futuras

Los investigadores estudiaron la producción de monopolos magnéticos durante las colisiones de iones pesados ​​en el LHC, que generaron campos magnéticos incluso más fuertes que los de las estrellas de neutrones que giran rápidamente. Campos tan intensos pueden conducir a la creación espontánea de monopolos magnéticos mediante el mecanismo de Schwinger.

Oliver añadió: «A pesar de ser un viejo trozo de tubería destinado a ser eliminado, nuestras predicciones indicaban que podría ser el lugar más prometedor de la Tierra para encontrar un monopolo magnético».

La colaboración MoEDAL utilizó un magnetómetro superconductor para escanear el tubo del haz en busca de firmas de carga magnética atrapada. Aunque no encontraron evidencia de monopolos magnéticos, sus resultados descartan la existencia de monopolos más ligeros que 80 GeV/c² (donde c es la velocidad de la luz) y proporcionan las principales limitaciones del mundo para cargas magnéticas que van de 2 a 45 unidades básicas.

El equipo de investigación ahora planea ampliar su búsqueda, concluye Oliver: «El tubo de haz que utilizamos proviene del primer experimento del Gran Colisionador de Hadrones, que se realizó antes de 2013 y con energías más bajas. Ampliar el estudio a una ejecución más reciente con energías más altas podría duplicar nuestro rango experimental. Ahora también estamos considerando estrategias de búsqueda completamente diferentes para los monopolos magnéticos».

Referencia: «Búsqueda MoEDAL en el tubo de haz CMS de monopolos magnéticos producidos mediante el efecto Schwinger» hasta el 15 de agosto de 2024, Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.071803