MoEDAL eksperiment u CERN-u objavio je svoj prvi rad o potrazi za magnetnim monopolima

MoEDAL – Monopole & Exotics Detector at the LHC (Photo: Brice, Maximilien / CERN)

U naučnom časopisu JHEP danas je objavljen rad MoEDAL eksperimenta u CERN-u koji sužava oblast potrage za hipotetičkom česticom – magnetnim monopolom. Već nekoliko dekada eksperimenti pokušavaju da nađu dokaze o postojanju magnetnih monopola na akceleratorima, uključujući i Veliki hadronski sudarač (LHC) u CERN-u. Takve čestice je prvi put predvideo Pol Dirak još 1930-te godine, ali one nikada nisu viđene.

“Danas MoEDAL proslavlja objavljivanje svojih prvih fizičkih rezultata i pridružuje se drugim LHC eksperimentima na granicama otkrića”, rekao je portparol MoEDAL eksperimenta Džejms Pitfold.

Kao što naelektrisanje može biti pozitivno i negativno, tako i magnetizam ima dva pola, severni i južni. Za razliku od naelektrisanje, gde je lako razdvojiti pozitivne ili negativne električne naboje, niko nikada nije video usamljeni magnetni naboj, tj. monopol. Ako uzmete magnet i presečete ga na pola, dobićete dva manja magneta, svaki sa severnim i južnim polom. Ipak, teorija tvrdi da magnetizam može biti svojstvo elementarnih čestica. Kao što su elektroni nosioci negativnog, a protoni nosioci pozitivnog naelektrisanja, tako i magnetni monopoli u teoriji mogu da nose severni ili južni pol.

Običan magnet i magnetni monopoli (Photo: Dominguez, Daniel/CERN)

Ako monopoli postoje, veruje se da imaju jako veliku masu. Kako se na LHC-u izazivaju sudari na energijama bez presedana, fizičari će možda biti u mogućnosti da detektuju takve čestice ukoliko je njihova masa u dometu LHC-a. Na primer, interakcijom dva fotona visoke energije se može proizvesti par severnog i južnog monopola. Monopoli bi ispoljili svoje prisustvo kroz svoj magnetni naboj i kroz visoku jonizujuću moć, koja je po proceni 4700 puta veća od one koju imaju protoni. MoEDAL eksperiment na LHC-u je specijalno dizajniran da posmatra ovakve efekte.

MoEDAL se sastoji od uglavnom pasivnog detektora, koji je instaliran pored LHCb eksperimenta. Kako bi monopoli bili visoko jonizujući, ostavili bi tragove u plastičnim detektorima (NTDs) koji se kasnije ispituju pod mikroskopom. Monopoli bi takođe jako brzo gubili energiju i mogli bi da se uspore drugim uređajem koji se sastoji od 0.8 tona aluminijumskih detektora koji se ponašaju kao zamke. Prisustvo uhvaćenog monopola bi kasnije bilo uočeno prilikom skeniranja magnetometrom. MoEDAL takođe ima i niz TimePix silikonskih piksel detektora koji se koriste za nadgledanje okruženja eksperimenta u realnom vremenu.

Rad koji je danas objavljen zasniva se na analizi podataka prikupljenih tokom prve sezone rada LHC-a, kada je zaustavni detektor još uvek bio u prototip fazi. Iako nema dokaza o zarobljenim monopolima, rezultati su omogućili MoEDAL kolaboraciji da postavi nova ograničenja na njihovu masu, pretpostavljajući jednostavni mehanizam proizvodnje ovih hipotetičkih čestica. Pružena je i jasna demonstracija snage MoEDAL detektora dok LHC isporučuje podatke na višim energijama. MoEDAL kolaboracija sada aktivno radi na analizama podataka dobijenih na kompletnom detektoru – uključujući plastični NTDs i zaustavni detektor – tokom 2015-te godine, sa uzbudljivim mogućnostima revolucionarnih otkrića u brojnim novim fizičkim scenarijima.

Autori rada koji je danas objavljen su učenici iz Simon Langton škole, Kanterberi, Velika Britanija, koji su se pridružili MoEDAL kolaboraciji 2013-te godine, i Institut za istraživanja u školama (IRIS), koji ima za cilj da prvoklasna probojna istraživanja dovede u srednje škole.

(Izvor: IPB, CERN)