Encontrar una partícula elemental escurridiza es más viable que nunca después de que un equipo internacional de científicos llevó a cabo el primer experimento para explorar monopolos magnéticos utilizando el Gran Colisionador de Hadrones.
Científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) y físicos de la Universidad de Nottingham y Monopole and Exotics Detector (MoEDAL) utilizaron el Gran Colisionador de Hadrones para explorar un mecanismo de producción teorizado por Julian Swinger, un físico estadounidense ganador del Premio Nobel. Sus hallazgos se publican hoy en Nature.
El equipo está buscando monopolos magnéticos, partículas fundamentales hipotéticas con un solo polo magnético predichas por varias teorías, pero aún no detectadas. Confirmar su existencia sería transformador para la física, demostrando que existen leyes de la naturaleza que no son capturadas por la teoría de la física que gobierna actualmente, el Modelo Estándar, y permitiría probar nuevas leyes de maneras únicas.
“Esta búsqueda monopolar específica fue pionera y abrió una vía nueva y prometedora para futuras búsquedas”, dijo Igor Ostrovskiy, físico de MoEDAL en la Universidad de Alabama y autor correspondiente del artículo. “La nuestra fue la primera búsqueda en la que los monopolos magnéticos con tamaño finito, el tipo predicho por las teorías recientes, fueron detectables de manera realista, y aunque no encontramos ninguno, pudimos establecer los primeros límites confiables en la masa del monopolo”.
El equipo buscó la producción de monopolos magnéticos en las colisiones de iones pesados en el acelerador de partículas más grande y poderoso del mundo. Las colisiones generaron fuertes campos magnéticos, más poderosos que los de las estrellas de neutrones de giro rápido, y esos campos fuertes podrían dar lugar a la creación espontánea de monopolos magnéticos a través del mecanismo de Schwinger.
“Una gran ventaja del mecanismo de Schwinger es que podemos calcular su tasa de manera más confiable que para cualquier otro proceso de producción explorado en el LHC hasta ahora”, dijo Oliver Gould, investigador de la Universidad de Nottingham, quien realizó cálculos teóricos para este búsqueda. “Esto nos da una buena idea de cuántos monopolos debe ver el experimento en función de su masa y carga magnética. Y dado que no se ha visto ninguno, podemos decir con seguridad que los monopolos magnéticos deben ser más pesados que cierto valor”.
Para detectar monopolos magnéticos, los investigadores de MoEDAL utilizaron un magnetómetro superconductor para escanear los módulos detectores expuestos a las colisiones de plomo-plomo del LHC en busca de firmas de carga magnética atrapada. Sin señales de la señal, los investigadores pudieron excluir la existencia de monopolos más ligeros que 75 GeV/c2, donde c es la velocidad de la luz, para cargas magnéticas que oscilan entre 1 y 3 unidades base de carga magnética.
Oliver concluye que “la búsqueda de monopolos magnéticos tiene una rica historia, ligada a muchas propuestas teóricas en física de partículas. Sin embargo, este es el primer experimento que nos ha permitido deducir restricciones explícitas sobre las propiedades de cualquier posible monopolo magnético. Hacerlo se basó en las estrechas colaboraciones entre teóricos y experimentalistas”.
MoEDAL planea tomar más datos y aumentar su sensibilidad a monopolos más pesados con mayor carga magnética en un futuro próximo.
