Grande tubo do Colisor de Hádrons traz a busca pelo elusivo monopolo magnético mais perto do que nunca

Uma nova pesquisa usando uma seção desativada do tubo de feixe do Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN aproximou os cientistas mais do que nunca para testar se os monopolos magnéticos existem.

Cientistas da Universidade de Nottingham, em colaboração com uma equipe internacional, revelaram as restrições mais rigorosas até agora sobre a existência de monopolos magnéticos, expandindo os limites do que se sabe sobre essas partículas elusivas. Sua pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.

Na física de partículas, um monopolo magnético é uma partícula elementar hipotética que é um ímã isolado com apenas um polo magnético (um polo norte sem um polo sul ou vice-versa).

Oliver Gould, Dorothy Hodgkin Fellow na Escola de Física e Astronomia da Universidade de Nottingham é o principal teórico do estudo. Ele disse: “Poderia haver partículas com apenas um único polo magnético, norte ou sul? Essa possibilidade intrigante, defendida pelos renomados físicos Pierre Curie, Paul Dirac e Joseph Polchinski, continua sendo um dos mistérios mais cativantes da física teórica. Confirmar sua existência seria transformador para a física, mas até agora as pesquisas experimentais não deram em nada.”

A equipe concentrou sua busca em uma seção desativada do tubo de feixe do LHC no CERN, a Organização Europeia para Pesquisa Nuclear.

Conduzido por físicos do Monopole and Exotics Detector no experimento LHC (MoEDAL), o estudo examinou uma seção de tubo de feixe de berílio que havia sido localizada no ponto de colisão de partículas para o experimento Compact Muon Solenoid (CMS). Este tubo havia suportado radiação de bilhões de colisões de íons de ultra-alta energia ocorrendo a apenas centímetros de distância.

“A proximidade do tubo de feixe ao ponto de colisão de íons pesados ​​ultrarrelativísticos oferece uma oportunidade única de sondar monopolos com cargas magnéticas sem precedentes”, explicou Aditya Upreti, um candidato a doutorado que liderou a análise experimental enquanto trabalhava no grupo MoEDAL do Professor Ostrovskiy na Universidade do Alabama.

“Como a carga magnética é conservada, os monopolos não podem decair e devem ficar presos no material do cano, o que nos permite procurá-los de forma confiável com um dispositivo diretamente sensível à carga magnética.”

Os pesquisadores investigaram a produção de monopolos magnéticos durante colisões de íons pesados ​​no LHC, que geraram campos magnéticos ainda mais fortes do que aqueles de estrelas de nêutrons de rotação rápida. Tais campos intensos poderiam levar à criação espontânea de monopolos magnéticos por meio do mecanismo de Schwinger.

Oliver acrescentou: “Apesar de ser um velho pedaço de cano destinado ao descarte, nossas previsões indicaram que poderia ser o lugar mais promissor na Terra para encontrar um monopolo magnético.”

A colaboração MoEDAL usou um magnetômetro supercondutor para escanear o tubo de feixe em busca de assinaturas de carga magnética presa. Embora não tenham encontrado evidências de monopolos magnéticos, seus resultados excluem a existência de monopolos mais leves que 80 GeV/c² (onde c é a velocidade da luz) e fornecem as restrições líderes mundiais para cargas magnéticas variando de duas a 45 unidades básicas.

A equipe de pesquisa agora planeja estender sua busca. Oliver conclui: “O tubo de feixe que usamos foi da primeira execução do Large Hadron Collider, que foi realizada antes de 2013 e em energias mais baixas. Estender o estudo para uma execução mais recente em energias mais altas pode dobrar nosso alcance experimental. Também estamos considerando estratégias de busca completamente diferentes para monopolos magnéticos.”