Enkele van 's werelds krachtigste deeltjesversnellers hebben onderzoekers geholpen nieuwe leidende grenzen te trekken voor het bestaan ​​van lang getheoretiseerde magnetische monopolen van de botsingen van energetische kosmische stralen die de atmosfeer van de aarde bombarderen, meldt een nieuwe studie gepubliceerd in Physical Review Letters .

Magneten zijn voor iedereen heel vertrouwd, met brede toepassingen in het dagelijks leven, van tv's en computers tot kinderspeelgoed. Het breken van een magneet, zoals een navigatiekompasnaald bestaande uit de noord- en zuidpool doormidden, resulteert echter in slechts twee kleinere tweepolige magneten. Dit mysterie is onderzoekers decennialang ontgaan sinds 1931, toen natuurkundige Paul Dirac theoretiseerde over het bestaan ​​van eenpolige "magnetische monopolen" - deeltjes vergelijkbaar met elektronen maar met een magnetische lading.

Om te onderzoeken of magnetische monopolen bestaan, heeft een internationaal team van onderzoekers, waaronder Volodymyr Takhistov, het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) van de University of Tokyo, de beschikbare gegevens van een verscheidenheid aan terrestrische experimenten bestudeerd en de meest gevoelige zoekopdrachten tot nu toe voor monopolen over een breed scala van mogelijke massa's. De onderzoekers richtten zich op een ongebruikelijke bron van monopolen:atmosferische botsingen van kosmische straling die al eeuwenlang plaatsvinden.

Het interdisciplinaire onderzoek vereiste het samenbrengen van expertise uit verschillende verschillende hoeken van de wetenschap, waaronder versnellerfysica, neutrino-interacties en kosmische straling.

Botsingen van kosmische straling met de atmosfeer hebben al een centrale rol gespeeld in de vooruitgang van de wetenschap, met name de verkenning van spookachtige neutrino's. Dit leidde tot Kavli IPMU Senior Fellow Takaaki Kajita's Nobelprijs voor Natuurkunde 2015 voor de ontdekking door het Super-Kamiokande-experiment dat neutrino's tijdens de vlucht oscilleren, wat impliceert dat ze massa hebben.

Gedeeltelijk geïnspireerd door de resultaten van Super-Kamiokande ging het team aan de slag met monopolen. Bijzonder intrigerend waren lichte monopolen met massa's rond de elektrozwakke schaal, die gemakkelijk toegankelijk zijn voor conventionele deeltjesversnellers.

Door simulaties uit te voeren van botsingen met kosmische straling, analoog aan deeltjesbotsingen bij de LHC bij CERN, verkregen de onderzoekers een aanhoudende bundel van lichtmonopolen die neerregenden op verschillende terrestrische experimenten.

Deze unieke bron van monopolen is vooral interessant, omdat het onafhankelijk is van reeds bestaande monopolen, zoals die mogelijk zijn overgebleven als overblijfselen uit het vroege universum, en een breed scala aan energieën bestrijkt.

Door gegevens van een breed scala aan eerdere experimentele monopole-zoekopdrachten opnieuw te analyseren, identificeerden de onderzoekers nieuwe limieten voor monopolen voor een breed scala aan massa's, inclusief die buiten het bereik van conventionele collider-monopole-zoekopdrachten.

Deze resultaten en bron van monopolen die door de onderzoekers zijn bestudeerd, zullen dienen als een nuttige maatstaf voor het interpreteren van latere toekomstige monopole-zoekopdrachten in terrestrische laboratoria.

Details van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Physical Review Letters op 17 mei. + Verder verkennen

Het benutten van de sterkste magnetische velden in het universum kan een ongrijpbaar deeltje onthullen