آیا تک قطبی‌های مغناطیسی وجود دارند؟ لوله برخورددهنده بزرگ هادرونی CERN نزدیک به کشف جواب است

دانشمندان با آزمایش جدید خود به آزمایش نزدیک‌تری پرداخته‌اند که آیا تک قطبی‌های مغناطیسی وجود دارند یا خیر.

با استفاده از بخش از کار خارج شده لوله پرتوی برخورددهنده بزرگ هادرونی CERN، دانشمندان یک بخش از لوله پرتوی بریلیوم را که در نقطه برخورد ذرات برای آزمایش سولنوئید میون فشرده (CMS) قرار داشت، بررسی کردند.

به گفته پژوهشگران، این لوله در معرض تابش از میلیاردها برخورد یون با انرژی فوق‌العاده بالا که فقط در چند سانتیمتری اتفاق می‌افتاد، قرار داشت.

فرصت منحصربه‌فرد برای آزمایش تک قطبی‌ها

این مطالعه با دانشمندانی از دانشگاه ناتینگهام و همکاری تیمی بین‌المللی انجام شد. آن‌ها فاش کردند که سخت‌ترین محدودیت‌ها تا کنون بر وجود تک قطبی‌های مغناطیسی تحمیل شده و مرزهای دانش در مورد این ذرات مبهم را گسترش داده‌اند.

یکی از دانشمندان اظهار داشت که نزدیکی لوله پرتو به نقطه برخورد یون‌های سنگین فوق نسبیتی فرصت منحصربه‌فردی برای آزمایش تک قطبی‌ها با شار مغناطیسی بی‌سابقه فراهم می‌کند.

آدیتیا اوپرتی، دکتری که تحلیل آزمایشی را در حالی که در گروه MoEDAL پروفسور اوستروفیسکی در دانشگاه آلاباما مشغول به کار بود، هدایت می‌کرد، گفت : «از آنجا که شار مغناطیسی حفظ می‌شود، تک قطبی‌ها نمی‌توانند فروپاشی کنند و انتظار می‌رود که توسط مواد لوله به دام بیفتند که به ما امکان جستجوی مطمئن آن‌ها را با دستگاهی که به طور مستقیم به شار مغناطیسی حساس است، می‌دهد.»

پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که قطعه قدیمی لوله ممکن است بهترین مکان برای یافتن تک قطبی مغناطیسی باشد

الیور گولد، همکار دوروتی هاجکین در دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه ناتینگهام، گفت : «آیا می‌توان ذراتی با تنها یک قطب مغناطیسی، چه شمالی یا جنوبی، وجود داشته باشند؟ این احتمال جذاب که توسط فیزیکدانان معروف پیر کوری، پل دیراک و ژوزف پولچینسکی مطرح شده، یکی از جذاب‌ترین معماها در فیزیک نظری باقی مانده است.»

لوله پرتوی اطراف منطقه تعامل آزمایش CMS در ماه دسامبر ۲۰۱۱ در معرض 184.07 μ⁢b−1 از برخوردهای Pb-Pb با انرژی مرکزی-جرمی 2.76 TeV به ازای هر برخورد قرار گرفت تا در سال ۲۰۱۳ برداشته شد. این لوله با استفاده از مغناطیس‌سنج SQUID توسط آزمایش MoEDAL برای جستجوی MMs زیر بررسی شد. به گفته مطالعه، هیچ سیگنالی از MM دیده نشد.

دو ویژگی متمایز این مطالعه که در فیزیکال ریویو لترز منتشر شده، استفاده از حجم به دام افتاده بسیار نزدیک به نقطه برخورد و میدان‌های مغناطیسی فوق‌العاده بالا تولید شده در طول اجرای یون‌های سنگین که می‌تواند MMs را از طریق اثر شوینگر تولید کند، است.

این دو مزیت به تعیین اولین محدودیت‌های جرمی قابل اعتماد و پیشرو در جهان برای MMs با شار مغناطیسی بالا منجر شد. به طور خاص، محدودیت های ایجاد شده قوی‌ترین موجود در محدوده بین ۲ تا ۴۵ واحد دیراک هستند، MMs با جرم تا ۸۰ GeV را با سطح اطمینان ۹۵٪ استثنا می‌کند، گفتند محققان در این مطالعه.

الیور اظهار داشت که با وجود اینکه این قطعه قدیمی از لوله برای دور انداختن در نظر گرفته شده است، پیش‌بینی‌های محققان نشان می‌دهد که ممکن است بهترین مکان روی زمین برای یافتن تک قطبی مغناطیسی باشد.

همکاری MoEDAL از یک مغناطیس‌سنج فائق‌رسانا برای بررسی لوله پرتو برای نشانه‌های شار مغناطیسی به دام افتاده استفاده کرد. با این حال، آن‌ها هیچ شواهدی از تک قطبی‌های مغناطیسی نیافتند ولی نتایج آنها وجود تک قطبی‌های سبک‌تر از ۸۰ GeV/c2 (که در اینجا c سرعت نور است) را نفی می‌کند و محدودیت‌های پیشرو جهانی برای شارهای مغناطیسی در محدوده دو تا ۴۵ واحد پایه را ارائه می‌دهد، گزارش کرد Phys.org .