Cortar un imán por la mitad produce dos imanes, cada uno con su propio polo norte y sur. Esta aparente ausencia de un polo magnético aislado, o "monopolo magnético, "ha desconcertado a los físicos durante más de un siglo. Parecería perfectamente natural que existiera un monopolo magnético; las ecuaciones de Maxwell reflejarían una simetría completa entre la electricidad y el magnetismo si se observaran partículas con carga magnética. Pero el misterio permanece:si bien todas las partículas conocidas son ya sea con carga eléctrica o neutra, no se ha encontrado ninguno con carga magnética.

En 1931, Paul Dirac propuso formalmente una teoría para los monopolos magnéticos, que podría producirse en condiciones como las que se encuentran en el LHC. Los científicos de la Colaboración ATLAS en el CERN han diseñado una técnica especializada para buscar evidencia de tales partículas. Según Dirac, monopolos magnéticos de carga magnética fundamental (1 g _D ) ionizan la materia de la misma manera que lo haría un objeto de alta carga eléctrica (HECO). Grandes depósitos de energía, proporcional a la carga al cuadrado, quedaría atrás en el detector ATLAS a través del cual viajaban estas partículas.

Por lo tanto, la búsqueda de monopolos magnéticos con estas características va de la mano de la búsqueda de partículas estables de muchas veces (más de 20) la carga del electrón. Los físicos de ATLAS seleccionan eventos de colisión con las características esperadas de los HECO o monopolos magnéticos a partir de los datos recopilados por los sistemas de calorímetro y detector de seguimiento de ATLAS para su posterior análisis. Estos eventos candidatos se identifican discriminando regiones con depósitos de energía grandes y estrechos en el calorímetro y los correspondientes rastros de alta ionización en el rastreador de radiación de transición.

La Colaboración ATLAS ha publicado sus primeros resultados de la búsqueda de monopolos magnéticos y HECO en colisiones protón-protón de 13 TeV. Dado que no se observó evidencia de monopolos magnéticos o HECOs, Se establecieron restricciones en las partículas de espín-0 y espín-½ asumiendo el mecanismo de producción de pares electromagnéticos Drell-Yan.

Hasta la fecha, la búsqueda es el estudio más sensible sobre monopolos magnéticos en el rango de 1 a 2 g _D carga magnética, superando los resultados del experimento MoEDAL dedicado, que, sin embargo, explora un rango más amplio. El estudio también mejora, por aproximadamente un factor de cinco, las limitaciones anteriores sobre la producción directa de monopolos magnéticos con carga magnética 1 g _D (ver figura). Es más, es la primera búsqueda para estudiar HECO con cargas superiores a 60 veces la carga del electrón, superando así los rangos cubiertos por estudios previos de las Colaboraciones CMS y ATLAS.

ATLAS ha demostrado una vez más ser un poderoso instrumento para el estudio científico. A través de sus capacidades de detección de propósito general, los físicos podrán seguir buscando partículas exóticas como el monopolo magnético.