大型強子對撞機的光束管道接近揭開磁單極子的秘密
利用歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機（LHC）退役的一段束管進行的新研究，讓科學家比以往任何時候都更接近檢驗磁單極子是否存在。諾丁漢大學的科學家與國際團隊合作，揭示了迄今為止對磁單極子存在的最嚴格限制，突破了人們對這些難以捉摸的粒子的認知界限。他們的研究成果發表在8月15日的《物理評論快報》。
一群物理學家利用退役的大型強子對撞機束管探索了磁單極子的存在。儘管沒有發現單極子，但他們的研究為這些難以捉摸的粒子提供了重要的限制因素，有可能為物理學研究開闢新的途徑。歐洲核子研究中心
理論基礎與研究重點
在粒子物理學中，磁單極子是一種假設的基本粒子，它是一塊孤立的磁鐵，只有一個磁極（一個北極而沒有南極，反之亦然）。
諾丁漢大學物理和天文學學院多蘿西-霍奇金研究員奧利弗-古爾德是這項研究的首席理論家，他說：”會不會存在只有一個磁極（南磁極或北磁極）的粒子？著名物理學家皮埃爾-居里、保羅-狄拉克和約瑟夫-波爾欽斯基都曾倡導過這種引人入勝的可能性，它一直是理論物理學中最吸引人的謎團之一。的存在將對物理學產生變革性的影響，然而迄今為止，實驗探索卻一無所獲。
實驗裝置與方法
研究小組重點搜尋了歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機的一段退役束管。這項研究由大型強子對撞機（MoEDAL）實驗的單極和外來物探測器的物理學家進行，他們檢驗了位於緊湊渺子螺線管（CMS）實驗粒子碰撞點的一段鈹束管。該管道經受了數以億計的超高能離子碰撞產生的輻射，而這些碰撞就發生在幾厘米外。
“束管靠近超相對論重離子的碰撞點，為探測具有空前高磁荷的單極子提供了一個獨特的機會，”在阿拉巴馬大學奧斯特洛夫斯基教授的MoEDAL 小組工作期間領導實驗分析的博士生Aditya Upreti 解釋。 「由於磁荷守恆，單極子無法衰減，預計會被管道材料捕獲，這使我們能夠利用對磁荷直接敏感的設備可靠地搜尋它們。”
成果與未來方向
研究人員在大型強子對撞機的重離子對撞中研究了磁單極子的產生，對撞擊產生的磁場甚至比快速旋轉的中子星的磁場還要強。如此強烈的磁場可能導致透過施溫格機制自發性產生磁單極子。
奧利佛補充說：”儘管這是一段注定要廢棄的舊管道，但我們的預測表明，它可能是地球上最有希望找到磁單極子的地方。”
MoEDAL 合作小組使用超導磁力計掃描光束管，尋找被困磁荷的特徵。雖然他們沒有發現磁單極子的證據，但他們的結果排除了輕於80 GeV/c²（其中c為光速）的單極子的存在，並為2至45個基本單位的磁荷提供了世界領先的約束條件。
奧利弗總結說，研究小組現在計劃擴大搜索範圍：”我們使用的束流管來自大型強子對撞機的首次運行，該運行是在2013年之前以較低的能量進行的。將研究擴展到更高能量的最新運行，可以使我們的實驗範圍擴大一倍。
編譯自/ ScitechDaily