Caccia ai monopoli magnetici: un passo avanti

I ricercatori hanno utilizzato una sezione del condotto del fascio dell’LHC per cercare monopoli magnetici, particelle ipotetiche dotate di un singolo polo magnetico.

Alla ricerca dei monopoli magnetici

Una nuova ricerca che ha utilizzato una sezione dismessa del condotto del fascio del Large Hadron Collider (LHC) del CERN ha portato gli scienziati più vicini che mai alla verifica dell’esistenza dei monopoli magnetici.

Gli scienziati dell’Università di Nottingham, in collaborazione con un team internazionale, hanno rivelato i vincoli più stringenti finora sull’esistenza dei monopoli magnetici, spingendo i confini di ciò che è noto su queste particelle elusive. La loro ricerca è stata pubblicata sulla rivista Physical Review Letters.

Nella  fisica delle particelle, un monopolo magnetico è una particella elementare ipotetica che è un magnete isolato con un solo polo magnetico (un polo nord senza un polo sud o viceversa).

Oliver Gould, Dorothy Hodgkin Fellow presso la School of Physics and Astronomy dell’Università di Nottingham, che è il principale teorico dello studio, ha dichiarato: “Potrebbero esserci particelle con un solo polo magnetico, nord o sud? Questa intrigante possibilità, sostenuta dai rinomati fisici Pierre Curie, Paul Dirac e Joseph Polchinski, è rimasta uno dei misteri più affascinanti della fisica teorica. Confermare la loro esistenza sarebbe trasformativo per la fisica, ma finora le ricerche sperimentali sono rimaste a mani vuote”.

Monopoli magnetici: impostazione sperimentale e metodologia

Il team ha concentrato la propria ricerca su una sezione dismessa del beam pipe dell’LHC al CERN, l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare. Condotto dai fisici dell’esperimento Monopole and Exotics Detector presso l’LHC (MoEDAL), lo studio ha esaminato una sezione del beam pipe al berillio che era stata localizzata nel punto di collisione delle particelle per l’esperimento Compact Muon Solenoid (CMS). Questo tubo ha sopportato le radiazioni di miliardi di collisioni di ioni ad altissima energia avvenute a pochi centimetri di distanza.

Aditya Upreti, un candidato al dottorato che ha guidato l’analisi sperimentale mentre lavorava nel gruppo MoEDAL del professor Ostrovskiy presso l’Università dell’Alabama, ha spiegato: “La vicinanza del tubo del fascio al punto di collisione degli ioni pesanti ultra-relativistici offre un’opportunità unica per sondare monopoli con cariche magnetiche senza precedenti. Dato che la carica magnetica è conservata, i monopoli non possono decadere e ci si aspetta che vengano intrappolati dal materiale del tubo, il che ci consente di cercarli in modo affidabile con un dispositivo direttamente sensibile alla carica magnetica”.

Risultati e direzioni future

I ricercatori hanno studiato la produzione di monopoli magnetici durante le collisioni di ioni pesanti al LHC, che hanno generato campi magnetici persino più forti di quelli delle stelle di neutroni in rapida rotazione. Tali campi intensi potrebbero portare alla creazione spontanea di monopoli magnetici attraverso il meccanismo di Schwinger.

Oliver ha aggiunto: “Nonostante si tratti di un vecchio pezzo di tubo destinato allo smaltimento, le nostre previsioni hanno indicato che potrebbe essere il posto più promettente sulla Terra per trovare un monopolo magnetico”.

La collaborazione MoEDAL ha utilizzato un magnetometro superconduttivo per scansionare il tubo del fascio alla ricerca di firme di carica magnetica intrappolata. Sebbene non abbiano trovato prove di monopoli magnetici, i loro risultati escludono l’esistenza di monopoli più leggeri di 80 GeV/c² (dove c’è la velocità della luce) e forniscono i vincoli leader a livello mondiale per cariche magnetiche che vanno da 2 a 45 unità di base.

Oliver ha concluso: “Il beam pipe che abbiamo utilizzato proveniva dal primo run del Large Hadron Collider, che è stato eseguito prima del 2013 e a energie più basse. Estendere lo studio a un run più recente a energie più alte potrebbe raddoppiare la nostra portata sperimentale. Stiamo anche prendendo in considerazione strategie di ricerca completamente diverse per i monopoli magnetici”.