Die Röhre des Large Hadron Collider bringt die Suche nach dem schwer fassbaren magnetischen Monopol näher als je zuvor

Neue Forschungen unter Verwendung eines stillgelegten Abschnitts der Strahlröhre des Large Hadron Collider (LHC) am CERN haben Wissenschaftlern dabei geholfen, der Prüfung, ob magnetische Monolithen existieren, näher als je zuvor zu kommen.

Wissenschaftler der Universität Nottingham haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Team die bisher strengsten Einschränkungen für die Existenz magnetischer Monopole aufgedeckt und damit die Grenzen dessen, was über diese schwer fassbaren Teilchen bekannt ist, verschoben. Ihre Forschung Es wurde veröffentlicht in Materialbewertungsschreiben.

In der Teilchenphysik ist ein magnetischer Monopol ein hypothetisches Elementarteilchen, das ein isolierter Magnet mit nur einem magnetischen Pol (Nordpol und kein Südpol oder umgekehrt) ist.

„Ist es möglich, dass Teilchen nur einen Nord- oder Südpol haben?“, sagt Oliver Gould, Forscher an der School of Physics and Astronomy der University of Nottingham und leitender Theoretiker der Studie ein großer Wandel in der Physik, aber bisher hat die experimentelle Forschung nichts gebracht.“

Das Team konzentrierte seine Forschung auf einen stillgelegten Abschnitt der Strahlröhre des LHC am CERN, der europäischen Organisation für Kernforschung.

Physiker des Monoelectrode and Exotic Materials Detector am LHC (MoEDAL)-Experiment führten eine Studie an einem Beryllium-Radialrohrabschnitt durch, der am Punkt der Teilchenkollision für das Compact-Myon-Solenoid-Experiment (CMS) identifiziert wurde. Diese Röhre hielt der Strahlung von Milliarden hochenergetischer Ionenkollisionen stand, die nur wenige Zentimeter entfernt stattfanden.

„Die Nähe der Strahlröhre zum Kollisionspunkt ultrarelativistischer Schwerionen bietet eine einzigartige Gelegenheit, Monopole mit beispiellos hohen magnetischen Ladungen zu erforschen“, erklärte Aditya Upreti, ein Doktorand, der die experimentelle Analyse leitete, während er in der MoEDAL-Gruppe von Professor Ostrowski arbeitete an der University of Alabama.

„Da die magnetische Ladung erhalten bleibt, können sich die Monopole nicht zersetzen und werden voraussichtlich vom Röhrenmaterial eingefangen, sodass wir mit einem Gerät, das direkt auf die magnetische Ladung reagiert, zuverlässig nach ihnen suchen können.“

Die Forscher untersuchten die Entstehung magnetischer Monopole bei Schwerionenkollisionen am Large Hadron Collider, die stärkere Magnetfelder erzeugten als schnell rotierende Neutronensterne. Solche intensiven Felder können durch den Schwinger-Mechanismus spontan magnetische Monopole erzeugen.

Oliver fügte hinzu: „Obwohl es sich um ein altes Rohrstück handelt, das zur Entsorgung bestimmt ist, deuten unsere Vorhersagen darauf hin, dass es der vielversprechendste Ort auf der Erde sein könnte, um einen magnetischen Monopol zu finden.“

Das MoEDAL-Team scannte die Strahlröhre mit einem supraleitenden Magnetometer nach Anzeichen eingefangener magnetischer Ladung. Obwohl sie keine Hinweise auf magnetische Monopole fanden, schließen ihre Ergebnisse die Existenz von Monopolen mit weniger als 80 GeV/s aus.² (wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist) und bietet weltweit führende Einschränkungen für magnetische Ladungen im Bereich von 2 bis 45 Grundeinheiten.

Das Forschungsteam plant nun, den Umfang seiner Forschung zu erweitern. „Die von uns verwendete Strahlröhre stammte aus dem ersten Lauf des Large Hadron Collider, der vor 2013 und bei niedrigeren Energien durchgeführt wurde“, schließt Oliver. „Eine Ausweitung der Studie auf einen neueren Lauf bei höheren Energien würde den Umfang unserer Studie verdoppeln.“ Wir denken jetzt auch über ganz andere Forschungsstrategien zu magnetischen Monopolen nach.