Труба пучка Большого адронного коллайдера помогла установить новый предел на магнитные монополи

Физики из эксперимента MoEDAL на Большом адронном коллайдере установили новый предел на массу и заряд магнитных монополей. Для этого они распилили и просканировали в сверхпроводящем квантовом магнитометре прямого тока с длинным сердечником трубу пучка из установки CMS. Результаты измерений опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Магнитный монополь — гипотетическая частица, обладающая ненулевым магнитным зарядом — точечный источник радиального магнитного поля. Магнитные монополи до сих пор не встречались ученым в экспериментах, и физики лишь могут ограничить область допустимых параметров этих частиц. В то же время некоторые теории требуют существования магнитных монополей. Например, в 1974 году Александр Поляков и Герард Хофт независимо обнаружили, что в некоторых моделях великого объединения существуют устойчивые конфигурации локализованных в некоторой области полей, создающие симметричные магнитные поля вне этих областей. Поэтому физики продолжают эксперименты по поиску магнитных монополей.

На Большом адронном коллайдере тоже ищут магнитные монополи. Ранее мы уже писали, как ученые из эксперимента MoEDAL искали магнитные монополи в столкновениях ядер свинца. Ученые пытались обнаружить захваченные магнитные монополи в брусках из чистого алюминия, которые располагались вокруг зоны столкновения. Однако чувствительность эксперимента к заряду монополей была ограничена из-за сильного поглощения пассивными материалами установки возможных частиц с большими магнитными зарядами.

В новой работе физики из того же эксперимента установили новый предел на массу и заряд магнитных монополей. Для этого они распилили бериллиевую трубу, в которой непосредственно происходили столкновения ядер свинца в установке CMS, и просканировали ее куски в сверхпроводящем квантовом магнитометре прямого тока. Экспозиция трубы составила 186,07 обратного микробарна интегральной светимости при энергии в центре масс сталкивающихся ядер свинца 2,76 тераэлектронвольта. При этом сканирование всех кусков трубы не показало статистически значимых отклонений тока магнитометра, которые могли бы свидетельствовать о наличие захваченных в трубе магнитных монополей.

Физики провели полное компьютерное моделирование гипотетического рождения и движения магнитных монополей от их рождения в результате столкновений ядер свинца до застревания в веществе трубы в зависимости от массы и магнитного заряда этих частиц. Сравнивая результаты моделирования с реальным отсутствием магнитных монополей в экспериментальных образцах, ученые смогли установить новые пределы на магнитные монополи в этом пространстве параметров. В частности, установленные пределы являются самыми сильными в диапазоне от 2 до 45 единиц заряда Дирака, исключая вероятность существования магнитных монополей с массами до 80 гигаэлектронвольт на уровне достоверности 95 процентов.

Параметры магнитных монополей ученые ограничивают не только в ускорительных экспериментах. Ранее мы писали, что IceCube не увидел магнитных монополей за восемь лет наблюдений.