Nouvelle référence pour les recherches de monopôles magnétiques

Une nouvelle référence a été établie dans la recherche d'hypothétiques monopôles magnétiques produits dans l'atmosphère par des collisions avec des rayons cosmiques entrants. À l'aide de simulations, une équipe dirigée par Volodymyr Takhistov à l'Université de Tokyo ont comparé les données recueillies par des expériences de recherche de monopôles avec les signaux qui devraient être produits par des collisions de rayons cosmiques. Cela a permis à l'équipe de fixer de nouvelles limites à l'existence de monopôles magnétiques.

Contrairement aux charges électriques, les pôles magnétiques ne semblent pas exister indépendamment de leurs pôles opposés. Si un barreau magnétique était cassé en deux, par exemple, les deux parties formeraient simplement de nouveaux aimants avec des paires de pôles opposés. Pourtant, comme l'a démontré Paul Dirac en 1931, l'existence de monopôles magnétiques créerait une symétrie dans les équations d'électromagnétisme de Maxwell et serait également cohérente avec la nature quantifiée de la charge fondamentale de l'électron.

En conséquence, les monopôles magnétiques font depuis longtemps l'objet de prédictions théoriques et de recherches expérimentales, mais les physiciens ne sont pas plus près de prouver leur existence. Beaucoup de ces recherches se sont concentrées sur la prédiction qu'un grand nombre de monopôles pourraient avoir été créés dans l'univers primitif par le mécanisme de Kibble-Zurek. Cependant, les fortes incertitudes sur les masses des monopôles prédites par ce modèle, combinées à l'influence incertaine de l'inflation cosmique sur de vastes échelles de temps, ont empêché toute vérification de l'existence de ces monopôles magnétiques.

Flux hypothétique

L'équipe de Takhistov a adopté une approche différente et a exploré la possibilité que des monopôles soient créés lorsque des rayons cosmiques de haute énergie entrent en collision avec l'atmosphère terrestre. Ces collisions se produisent tout le temps et donc un flux hypothétique de monopôles magnétiques pourrait pleuvoir constamment sur la Terre. De plus, ces monopôles passeraient par des détecteurs de particules existants qui recherchent des monopôles – comme l'expérience Radio Ice Cherenkov (RICE) au pôle Sud.

Dans leur étude, les chercheurs ont simulé la production atmosphérique de monopôles de rayons cosmiques avec des masses à l'échelle électrofaible : 5–100 TeV/C². Ils ont également examiné comment ce flux serait atténué par l'atmosphère alors qu'il se dirigeait vers la surface de la Terre. L'équipe a ensuite examiné les données d'expériences existantes qui devraient être capables de détecter un tel flux atmosphérique s'il existait effectivement - y compris RICE. Les chercheurs ont également examiné les recherches de monopôles à l'extrémité inférieure de l'échelle électrofaible qui ont été effectuées au Large Hadron Collider.

Ces expériences n'ont fait aucune détection jusqu'à présent, de sorte que les chercheurs ont pu fixer des limites supérieures à la production de monopôles magnétiques dans l'atmosphère.

L'équipe affirme que ses résultats fournissent une nouvelle référence robuste pour les futures expériences de détection de monopôles. Les chercheurs soulignent également qu'une recherche dédiée de monopôles magnétiques à l'aide du détecteur IceCube au pôle Sud pourrait également s'avérer fructueuse.

La recherche est décrite dans Physical Review Letters.

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• Source : https://physicsworld.com/a/new-benchmark-set-for-magnétique-monopole-searches/