На Великому адронному колайдері провели пошук загадкових частинок

Вчені провели пошук магнітних монополів на Великому адронному колайдері (ВАК) у рамках експерименту ATLAS і визначили найжорсткіші на сьогодні обмеження на властивості цих загадкових частинок. Результати дослідження, опубліковані в репозиторії arXiv, допоможуть полегшити подальший пошук частинок, які можуть бути представлені як окремий полюс двополюсного магніту. 

Існування магнітних монополів узгоджується з квантовою механікою і було передбачено в рамках теорій, які намагаються поєднати фундаментальні фізичні взаємодії. Ці екзотичні частки могли бути присутніми в ранньому Всесвіті, проте під час фази експоненційного розширення Всесвіту, відомого як інфляція, їх щільність стала дуже низькою. Згідно з теорією Дірака, величина найменшого магнітного заряду (gD) еквівалента 68,5-кратного заряду електрона, тому монополь повинен іонізувати речовину аналогічно об’єкту з високим електричним зарядом.

В рамках експерименту ATLAS проводився пошук пар магнітних монополів з масою приблизно до чотирьох тераелектронвольт (ТеВ). Вважається, що ці пари можуть бути створені в результаті зіткнень протонів з енергією 13 тераэлектронвольт через два фізичні механізми: Дрелла-Яна, коли зіткнення породжує віртуальний фотон, що створює монополі, або за допомогою фотонного синтезу, коли два віртуальних фотона взаємодіють з утворенням монополя.

Коли частка іонізує матеріал детектора, ATLAS реєструє енергію, що виділяється, яка пропорційна квадрату заряду частинки. Таким чином, магнітні монополі повинні залишати енергетичні сліди у детекторі.

Вчені проаналізували дані експериментів другого пробігу Великого адронного колайдера за 2015-2018 роки у пошуках магнітних монополів або об’єктів із високим електричним зарядом (HECO).

Пошук був націлений на монополі з магнітним зарядом 1gD і 2gD та HECO з електричним зарядом 20e, 40e, 60e, 80e та 100e (e – заряд електрона) з масою від 0,2 ТеВ до 4 ТеВ.

Оскільки жодну з гіпотетичних частинок знайти не вдалося, вчені встановили нові обмеження на діапазони швидкості формування та мас магнітних монополів із зарядом 1gD та 2gD.

Це дозволить зробити більш точним подальший пошук гіпотетичних частинок при аналізі даних другого та третього пробігу ВАК.

Читайте також

Великий адронний колайдер зупинили через економію енергії

Великий адронний колайдер підтвердив фізичну теорію