Физики коллаборации MoEDAL на Большом адронном коллайдере (БАК) провели поиск магнитных монополей — экзотических частиц, которые обладают лишь одним магнитным полюсом. Хотя ученые не обнаружили их, они сумели сузить окно поиска для будущих исследований. Об этом сообщается в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.
Теоретически на БАКе пары магнитных монополей могут образовываться при взаимодействии протонов или тяжелых ионов. При столкновениях между протонами они могли образоваться из одного виртуального фотона (механизм Дрелла-Яна) или из слияния двух виртуальных фотонов (механизм фотонного слияния). Пары магнитных монополей также могут быть созданы из вакуума в огромных магнитных полях, создаваемых в результате близких столкновений тяжелых ионов, посредством процесса, называемого механизмом Швингера.
С момента начала сбора данных в 2012 году MoEDAL провело на БАКе первые поиски магнитных монополей, образующихся с помощью механизма фотонного синтеза и механизма Швингера. В одном из последних исследований ученые искали монополи и объекты с высоким электрическим зарядом (HECO), созданные с помощью механизмов Дрелла-Яна и фотонного синтеза.
Детектор MoEDALсостоит из двух основных систем: первая может регистрировать треки магнитных монополей и HECO без фоновых сигналов от частиц Стандартной модели. Вторая система состоит из ловушек, предназначенных для захвата магнитных монополей. MoEDAL не обнаружила магнитных монополей или HECO, но установила границы массы и скорости образования этих частиц для различных значений спина частиц.
Для магнитных монополей границы массы были установлены для магнитных зарядов от 1 до 10 раз превышающих фундаментальную единицу магнитного заряда, заряд Дирака (gD), а существование монополей с массами до 3,9 триллиона электронвольт (ТэВ) было исключено. Для HECO были установлены ограничения по массе для электрических зарядов от 5e до 350e, где e — заряд электрона, и было исключено существование HECO с массой до 3,4 ТэВ.
Что касается монополей, образующихся в результате механизма Швингера, то были установлены самые сильные на сегодня ограничения по массе для монополей с зарядом от 2gD до 45gD, исключив существование монополей с массой до 80 ГэВ.