Volgens een artikel in de elektronische bibliotheek van arXiv.org konden natuurkundigen volgens de analyse van de laatste gegevens die na de herstart bij de LHC zijn verkregen, opnieuw geen sporen van magnetische monopolen vinden - hypothetische deeltjes met alleen een positieve of alleen een negatieve pool.
“Ondanks het feit dat we geen monopolen hebben gevonden, zijn we erin geslaagd om nieuwe, meest betrouwbare schattingen te geven van de minimale massa en magnetische veldsterkte. Er zijn andere schattingen van deze parameters, maar ze zijn gemaakt op basis van verschillende soorten aannames, niet op basis van experimentele gegevens,”zei Arrtu Rajantie van Imperial College London (VK).
Magnetische monopolen zijn hypothetische deeltjes met één magnetische pool, waarvan het mogelijke bestaan voor het eerst werd aangekondigd door de Engelse natuurkundige Paul Dirac in 1931. Als wetenschappers erin slagen ze in de natuur te vinden of ze in het laboratorium te creëren, zal deze ontdekking ondubbelzinnig de veronderstelling bevestigen dat de elektrische ladingen van alle deeltjes afzonderlijke grootheden zijn, waarop bijna alle moderne fysische theorieën zijn gebaseerd.
Natuurkundigen hebben dit om een simpele reden nog niet kunnen doen: de massa van de monopool is, zoals theoretici tegenwoordig geloven, erg groot. Het is minstens een derde van de massa van een proton en is hoogstwaarschijnlijk vergelijkbaar met de massa van de T-quark, het zwaarste elementaire deeltje tot nu toe. Moderne deeltjesversnellers zijn pas onlangs begonnen dit niveau te bereiken, waardoor eerdere zoekopdrachten naar monopolen in de vorm waarin Dirac ze zich had voorgesteld in de praktijk onmogelijk waren.
De LHC begon bijvoorbeeld pas in 2011 met het zoeken naar monopolen, toen een MoEDAL-detector in zijn ring werd geïnstalleerd, ontworpen om de sporen van deze superzware deeltjes te observeren. Het is een set metalen schermen en enkele honderden aluminium blanco's die ertussen zijn geïnstalleerd en die in wisselwerking staan met rondvliegende deeltjes.
Zoals bedacht door de makers van MoEDAL, zullen sommige monopolen "vast komen te zitten" in deze staafjes, zodat ze kunnen worden gedetecteerd met behulp van supergevoelige magnetische veldsensoren op basis van supergeleiders.
De laatste drie pogingen om monopolen te vinden met behulp van dergelijke vallen - in 2012, 2013 en 2015 - zijn mislukt. Ondanks een toename van de gevoeligheid van de detectoren en een verdubbeling van het vermogen van de LHC zelf, zijn natuurkundigen niet in staat geweest om sporen van unipolaire magnetische deeltjes te vinden, waardoor het veld van hun mogelijke zoekopdrachten sterk werd verkleind.
Vergelijkbare resultaten werden volgens James Pinfold, een projectleider aan de Universiteit van Alberta in Edmonton, Canada, verkregen door de volledige dataset te analyseren voor de hele tweede cyclus van de LHC, waarin MoEDAL zes keer meer informatie verzamelde dan voor al de vorige keer.
Promotie video:
Volgens wetenschappers konden ze aanvankelijk ongeveer vier dozijn potentiële sporen van monopolen detecteren, maar opnieuw testen toonde aan dat ze allemaal werden veroorzaakt door storingen en fouten in de werking van supergeleidende magnetische veldsensoren, en niet door echte elementaire deeltjes.
Dergelijke meetresultaten, zoals Pinfold opmerkt, geven aan dat de minimale massa van een monopool ongeveer 400 miljard elektronenvolt is, wat ongeveer 400 keer de massa van een proton en driemaal de massa van een T-quark is. Rajanti's groep kwam tot vergelijkbare conclusies toen ze gegevens analyseerden van een ander deel van de LHC - de SPS-versneller, waarin, zoals wetenschappers dachten, individuele monopolen konden worden gecombineerd tot paren.
Dergelijke zware deeltjes zullen volgens natuurkundigen buitengewoon moeilijk te vinden zijn bij de LHC en zelfs bij zijn opvolger, de ILC lineaire collider, die gedurende vele jaren continu botsingen van kernen en protonen observeert. Om deze reden kan het mysterie van de discretie van elektrische ladingen tientallen jaren onopgelost blijven, concluderen wetenschappers.
