Novo conjunto de benchmark para pesquisas de monopolo magnético

Uma nova referência foi estabelecida na busca de hipotéticos monopolos magnéticos produzidos na atmosfera através de colisões com raios cósmicos. Usando simulações, uma equipe liderada por Volodimir Takhistov da Universidade de Tóquio comparou dados recolhidos por experiências em busca de monopolos com os sinais que se espera que sejam produzidos por colisões de raios cósmicos. Isto permitiu à equipa estabelecer novos limites para a existência de monopolos magnéticos.

Ao contrário das cargas eléctricas, os pólos magnéticos não parecem existir independentemente dos seus pólos opostos. Se uma barra magnética fosse quebrada em duas, por exemplo, ambas as partes simplesmente formariam novos ímãs com pares de pólos opostos. No entanto, como demonstrado por Paul Dirac em 1931, a existência de monopolos magnéticos criaria simetria nas equações do eletromagnetismo de Maxwell e também seria consistente com a natureza quantizada da carga fundamental do elétron.

Como resultado, os monopolos magnéticos têm sido objeto de previsões teóricas e pesquisas experimentais, mas os físicos não estão mais perto de provar a sua existência. Muitas dessas pesquisas concentraram-se na previsão de que um grande número de monopolos pode ter sido criado no universo primitivo pelo mecanismo Kibble-Zurek. No entanto, as elevadas incertezas nas massas monopolares previstas por este modelo, combinadas com a influência incerta da inflação cósmica ao longo de vastas escalas de tempo, impediram qualquer verificação da existência destes monopolos magnéticos.

Fluxo hipotético

A equipa de Takhistov adoptou uma abordagem diferente e explorou a possibilidade de os monopolos serem criados quando raios cósmicos de alta energia colidem com a atmosfera da Terra. Estas colisões acontecem o tempo todo e, portanto, um hipotético fluxo de monopolos magnéticos poderia chover constantemente sobre a Terra. Além disso, estes monopolos passariam por detectores de partículas existentes que procuram monopolos – como o Radio Ice Cherenkov Experiment (RICE) no Pólo Sul.

Em seu estudo, os pesquisadores simularam a produção atmosférica de monopolos de raios cósmicos com massas na escala eletrofraca: 5–100 TeV/C². Eles também observaram como esse fluxo seria atenuado pela atmosfera à medida que se dirigia para a superfície da Terra. A equipe analisou então dados de experimentos existentes que deveriam ser capazes de detectar tal fluxo atmosférico, caso ele realmente existisse – incluindo o RICE. Os pesquisadores também analisaram pesquisas por monopolos na extremidade inferior da escala eletrofraca que foram feitas no Grande Colisor de Hádrons.

Esses experimentos não fizeram nenhuma detecção até agora, então os pesquisadores conseguiram estabelecer limites máximos para a produção de monopolos magnéticos na atmosfera.

A equipe afirma que seus resultados fornecem uma nova referência robusta para futuros experimentos de detecção de monopolos. Os pesquisadores também apontam que uma busca dedicada por monopolos magnéticos usando o detector IceCube no Pólo Sul também poderia ser frutífera.

A pesquisa é descrita em Physical Review Letters.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/new-benchmark-set-for-magnetic-monopole-searches/