Новые эксперименты на БАК сузили поле для поисков магнитных монополей

МОСКВА, 2 февраля. /ТАСС/. Научному коллективу ЦЕРН не удалось обнаружить свидетельств возникновения магнитных монополей под действием мощных электрических полей в кольце Большого адронного коллайдера, что помогло ученым исключить возможность существования подобных экзотических форм материи в большом диапазоне масс и энергий. Выводы физиков были опубликованы в статье в журнале Nature.

"Мы проследили за формированием магнитных монополей в результате коллапса мощных электрических полей, которые обладают рекордно высокой мощностью по сравнению с любыми их природными источниками в современной Вселенной. Эти замеры исключили существование магнитных монополей, чья масса составляет до 75 гигаэлектронвольт", - пишут исследователи.

Все известные ученым элементарные частицы, обладающие магнитным полем, обладают двумя магнитными полюсами. Еще в 1931 году известный физик-теоретик Поль Дирак предположил, что возможно существование и другого класса частиц, так называемых магнитных монополей. Они представляют собой гипотетические объекты, обладающие только одним полюсом.

Ученые уже много десятилетий пытаются обнаружить следы существования монополей, чье открытие подтвердит один из основных принципов современной физики - постулат о том, что электрические заряды всех частиц представляют собой дискретные величины. Несмотря на огромные усилия физиков-экспериментаторов и большое число косвенных свидетельств существования монополей, исследователям пока не удалось выявить такие частицы.

Одни из самых масштабных поисков такого рода ведутся с 2011 года на установке MoEDAL, которая входит в состав Большого адронного коллайдера. Она представляет собой набор из металлических экранов, сверхпроводниковых датчиков магнитного поля и нескольких сотен алюминиевых болванок, взаимодействующих с пролетающими частицами при наличии у них собственных магнитных полей.

Безуспешные поиски монополей

Последние четыре попытки обнаружить эти частицы в ходе опытов на MoEDAL в 2012, 2013, 2015 и 2018 годах не привели к успеху, что резко сузило поле поисков магнитных монополей и указало на то, что они должны обладать огромной массой. Пока это не поставило под сомнение существование данных экзотических частиц, но заставило ученых искать альтернативные пути их поисков.

В частности, группа физиков из ЦЕРН под руководством Игоря Островского, доцента университета штата Алабама в Тускалузе (США), использовала набор данных, собранных MoEDAL за все время работы этой установки, для проверки теории, допускающей появление монополей из пустоты вакуума в результате распада мощных электрических полей.

Как объясняют Островский и его коллеги, поля достаточной для этого мощности регулярно возникают на БАК в ходе столкновений пучков ионов свинца. Ученые воспользовались этим для проверки того, могут ли в подобных условиях возникать экзотические частицы с одним магнитным полюсом. Для этого физики проанализировали то, как часто в приборе MoEDAL появлялись частицы антиматерии, потенциально свидетельствующие о формировании монополей с зарядом от одной до трех условных магнитных единиц.

Как показал последующий анализ данных, детекторы БАК не обнаружили существенных всплесков в частоте рождения античастиц, которые сопровождались появлением источников магнитных полей, фиксируемых сверхпроводящими датчиками прибора MoEDAL. Это свидетельствует о том, что легкие или тяжелые магнитные монополи в очень широком диапазоне масс, до 75 гигаэлектронвольт, не возникали в результате столкновений ионов свинца, чье общее число превышало 1,8 млрд.

Подобные итоги опытов свидетельствуют о том, что магнитные монополи обладают еще более высокой массой, чем предполагали физики-теоретики в прошлом, или же они говорят об исключительно экзотических сценариях возникновения этих частиц. Как надеются Островский и его коллеги, перезапуск обновленного БАК в этом году поможет получить ответ на данный вопрос и продолжить поиски монополей.