Nytt referansesett for magnetiske monopolsøk

En ny målestokk er satt i søket etter hypotetiske magnetiske monopoler produsert i atmosfæren gjennom kollisjoner med innkommende kosmiske stråler. Ved hjelp av simuleringer har et team ledet av Volodymyr Takhistov ved University of Tokyo sammenlignet data samlet inn ved eksperimenter som søker etter monopoler med signalene som forventes å bli produsert av kosmiske stråler. Dette tillot teamet å sette nye grenser for eksistensen av magnetiske monopoler.

I motsetning til elektriske ladninger, ser ikke magnetiske poler ut til å eksistere uavhengig av deres motpoler. Hvis en stangmagnet ble brutt i to, for eksempel, ville begge deler ganske enkelt danne nye magneter med par av motstående poler. Likevel som demonstrert av Paul Dirac i 1931, ville eksistensen av magnetiske monopoler skape symmetri i Maxwells elektromagnetismeligninger og ville også være i samsvar med den kvantiserte naturen til elektronets grunnleggende ladning.

Som et resultat har magnetiske monopoler lenge vært gjenstand for teoretiske spådommer og eksperimentelle søk, men fysikere er ikke nærmere å bevise deres eksistens. Mange av disse søkene har fokusert på spådommen om at et stort antall monopoler kan ha blitt skapt i det tidlige universet av Kibble-Zurek-mekanismen. Imidlertid har de høye usikkerhetene i monopolmassene forutsagt av denne modellen, kombinert med den usikre påvirkningen av kosmisk inflasjon over store tidsskalaer, forhindret enhver verifisering av eksistensen av disse magnetiske monopolene.

Hypotetisk fluks

Takhistovs team har tatt en annen tilnærming og har undersøkt muligheten for at monopoler skapes når høyenergiske kosmiske stråler kolliderer med jordens atmosfære. Disse kollisjonene skjer hele tiden, og derfor kan en hypotetisk fluks av magnetiske monopoler regne ned hele tiden på jorden. Dessuten vil disse monopolene passere gjennom eksisterende partikkeldetektorer som leter etter monopoler – for eksempel Radio Ice Cherenkov Experiment (RICE) på Sydpolen.

I sin studie simulerte forskerne den atmosfæriske produksjonen av kosmiske strålemonopoler med masser på elektrosvak skala: 5–100 TeV/C². De så også på hvordan denne fluksen ville bli dempet av atmosfæren når den gikk mot jordens overflate. Teamet så på data fra eksisterende eksperimenter som skulle være i stand til å oppdage en slik atmosfærisk fluks hvis den faktisk eksisterte – inkludert RICE. Forskerne så også på søk etter monopoler i den lave enden av den elektrosvake skalaen som ble gjort ved Large Hadron Collider.

Disse eksperimentene har ikke gjort noen påvisninger så langt, så forskerne kan sette øvre grenser for produksjonen av magnetiske monopoler i atmosfæren.

Teamet sier at resultatene gir en robust ny målestokk for fremtidige monopoldeteksjonseksperimenter. Forskerne påpeker også at et dedikert søk etter magnetiske monopoler ved hjelp av IceCube-detektoren på Sydpolen også kan vise seg å være fruktbart.

Forskningen er beskrevet i Physical Review Letters.

Innlegget Nytt referansesett for magnetiske monopolsøk dukket først på Fysikkens verden.

• Myntsmart. Europas beste Bitcoin og Crypto Exchange.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. FRI TILGANG.
• CryptoHawk. Altcoin Radar. Gratis prøveperiode.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/new-benchmark-set-for-magnetic-monopole-searches/