尋找神秘磁單極子的新結(jié)果帶入光明

將磁鐵切成兩半會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)磁鐵，每個(gè)磁鐵都有自己的北極和南極。顯然沒(méi)有孤立的磁極或“ 磁單極子 ”，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)一直困擾著物理學(xué)家。磁單極子存在似乎是完全自然的; 如果觀察到帶有磁荷的粒子，麥克斯韋方程式將反映電和磁之間的完全對(duì)稱(chēng)性。但神秘之處在于：雖然每個(gè)已知的粒子都是帶電的或中性的，但沒(méi)有一個(gè)被發(fā)現(xiàn)是帶磁的。

1931年，保羅狄拉克正式提出了一種磁單極子理論，這種理論可能是在像大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)那樣的條件下產(chǎn)生的。來(lái)自歐洲核子研究中心的ATLAS協(xié)作組織的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)的技術(shù)來(lái)搜索這種粒子的證據(jù)。根據(jù)狄拉克的說(shuō)法，基本磁荷的磁單極子(1 g D)電離物質(zhì)的方式與高電荷物體(HECO)相同。與電荷平方成比例的大能量沉積物將留在ATLAS探測(cè)器中，這些粒子通過(guò)這些探測(cè)器行進(jìn)。

因此，尋找具有這些特征的磁單極子與尋找電子電荷的許多倍(大于20)的穩(wěn)定粒子密切相關(guān)。ATLAS物理學(xué)家從ATLAS的跟蹤探測(cè)器和量熱計(jì)系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)中挑選出具有預(yù)期HECO或磁單極子特征的碰撞事件，以供進(jìn)一步分析。通過(guò)區(qū)分熱量計(jì)中具有大而窄的能量沉積的區(qū)域以及過(guò)渡輻射跟蹤器中的相應(yīng)高電離跡線來(lái)識(shí)別這些候選事件。

在ATLAS協(xié)作已經(jīng)發(fā)布了其第一個(gè)結(jié)果從搜索在13 TeV能質(zhì)子-質(zhì)子碰撞磁單極子和HECOs。鑒于沒(méi)有觀察到磁單極子或HECO的證據(jù)，假設(shè)Drell-Yan電磁對(duì)生產(chǎn)機(jī)制，對(duì)spin-0和spin-½粒子建立了約束。

迄今為止，搜索是對(duì)磁性單極子在1至2 g D磁荷范圍內(nèi)最敏感的研究，超過(guò)了專(zhuān)用MoEDAL實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，盡管如此，該實(shí)驗(yàn)探測(cè)的范圍更大。該研究還改進(jìn)了大約五倍的先前對(duì)磁電荷 1 g D的磁單極子直接產(chǎn)生的限制(見(jiàn)圖)。此外，它是第一次研究HECO，其電荷超過(guò)電子電荷的60倍，因此超出了CMS和ATLAS合作的先前研究所涵蓋的范圍。

ATLAS再次被證明是一種強(qiáng)大的科學(xué)研究工具。通過(guò)其通用檢測(cè)功能，物理學(xué)家將能夠繼續(xù)尋找像磁單極子這樣的奇異粒子。