El difunto físico Joseph Polchinski dijo una vez que la existencia de monopolos magnéticos es "una de las apuestas más seguras que se pueden hacer sobre una física aún no vista". En su búsqueda de estas partículas, que tienen carga magnética y son predichas por varias teorías que amplían el Modelo Estándar, la colaboración MoEDAL en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) aún no ha dado la razón a Polchinski, pero sus últimos hallazgos marcan un paso significativo. adelante.

Los resultados, presentados en dos artículos publicados en arXiv servidor de preimpresión, reduce considerablemente la ventana de búsqueda de estas partículas hipotéticas.

En el LHC se podrían producir pares de monopolos magnéticos en interacciones entre protones o iones pesados. En las colisiones entre protones, podrían formarse a partir de un solo fotón virtual (el mecanismo Drell-Yan) o de la fusión de dos fotones virtuales (el mecanismo de fusión de fotones). También se podrían producir pares de monopolos magnéticos a partir del vacío en los enormes campos magnéticos creados en colisiones de iones pesados ​​que casi chocan, mediante un proceso llamado mecanismo de Schwinger.

Desde que comenzó a tomar datos en 2012, MoEDAL ha logrado varias primicias, incluida la realización de las primeras búsquedas en el LHC de monopolos magnéticos producidos mediante el mecanismo de fusión de fotones y mediante el mecanismo de Schwinger.

En el primero de sus últimos estudios, la colaboración MoEDAL buscó monopolos y objetos de alta carga eléctrica (HECO) producidos mediante mecanismos Drell-Yan y de fusión de fotones. La búsqueda se basó en los datos de colisión protón-protón recopilados durante la ejecución 2 del LHC, utilizando el detector MoEDAL completo por primera vez.

El detector completo consta de dos sistemas principales sensibles a monopolos magnéticos, HECO y otras partículas hipotéticas altamente ionizantes. El primero puede registrar permanentemente las pistas de monopolos magnéticos y HECO, sin señales de fondo de partículas del modelo estándar. Estas huellas se miden utilizando microscopios ópticos de barrido en INFN Bolonia.

El segundo sistema consta de aproximadamente una tonelada de volúmenes de captura diseñados para capturar monopolos magnéticos. Estos volúmenes de captura, que hacen de MoEDAL el único experimento de colisionador en el mundo que puede identificar definitiva y directamente la carga magnética de los monopolos magnéticos, se escanean en ETH Zurich usando un tipo especial de magnetómetro llamado SQUID para buscar cualquier monopolo atrapado que puedan contener. .

En su último escaneo de los volúmenes de captura, el equipo de MoEDAL no encontró monopolos magnéticos ni HECO, pero estableció límites en la masa y la tasa de producción de estas partículas para diferentes valores de espín de las partículas, una forma intrínseca de momento angular.

Para los monopolos magnéticos, los límites de masa se establecieron para cargas magnéticas de 1 a 10 veces la unidad fundamental de carga magnética, la carga de Dirac (gD), y se excluyó la existencia de monopolos con masas tan altas como aproximadamente 3,9 billones de electronvoltios (TeV). .

Para los HECO se establecieron límites de masa para cargas eléctricas desde 5e hasta 350e, donde e es la carga del electrón, y se descartó la existencia de HECO con masas que oscilaran hasta los 3,4 TeV.

"El alcance de la búsqueda de MoEDAL tanto para monopolos como para HECO permite que la colaboración estudie una enorme franja del 'espacio de descubrimiento' teórico para estas partículas hipotéticas", dice el portavoz de MoEDAL, James Pinfold.

En su segundo estudio más reciente, el equipo de MoEDAL se concentró en la búsqueda de monopolos producidos mediante el mecanismo de Schwinger en los datos de colisiones de iones pesados ​​tomados durante la ejecución 1 del LHC. En un esfuerzo único, escaneó una sección fuera de servicio del tubo del haz del experimento CMS, en lugar de los volúmenes de captura del detector MoEDAL, en busca de monopolos atrapados.

Una vez más, el equipo no encontró monopolos, pero estableció los límites de masa más estrictos hasta la fecha para los monopolos de Schwinger con una carga entre 2 gD y 45 gD, descartando la existencia de monopolos con masas de hasta 80 GeV.

"La importancia vital del mecanismo de Schwinger es que la producción de monopolos compuestos no se ve suprimida en comparación con la de los elementales, como ocurre con los procesos Drell-Yan y de fusión de fotones", explica Pinfold. "Por lo tanto, si los monopolos son partículas compuestas, esta y nuestra anterior búsqueda del monopolo de Schwinger pueden haber sido las primeras oportunidades de observarlos."

Al detector MoEDAL pronto se le unirá el aparato MoEDAL para partículas penetrantes, abreviado MAPP, que permitirá que el experimento arroje una red aún más amplia en la búsqueda de nuevas partículas.