寻找神秘磁单极子的新结果带入光明

将磁铁切成两半会产生两个磁铁，每个磁铁都有自己的北极和南极。显然没有孤立的磁极或“ 磁单极子 ”，一个多世纪以来一直困扰着物理学家。磁单极子存在似乎是完全自然的; 如果观察到带有磁荷的粒子，麦克斯韦方程式将反映电和磁之间的完全对称性。但神秘之处在于：虽然每个已知的粒子都是带电的或中性的，但没有一个被发现是带磁的。

1931年，保罗狄拉克正式提出了一种磁单极子理论，这种理论可能是在像大型强子对撞机那样的条件下产生的。来自欧洲核子研究中心的ATLAS协作组织的科学家们设计了一种专门的技术来搜索这种粒子的证据。根据狄拉克的说法，基本磁荷的磁单极子(1 g D)电离物质的方式与高电荷物体(HECO)相同。与电荷平方成比例的大能量沉积物将留在ATLAS探测器中，这些粒子通过这些探测器行进。

因此，寻找具有这些特征的磁单极子与寻找电子电荷的许多倍(大于20)的稳定粒子密切相关。ATLAS物理学家从ATLAS的跟踪探测器和量热计系统收集的数据中挑选出具有预期HECO或磁单极子特征的碰撞事件，以供进一步分析。通过区分热量计中具有大而窄的能量沉积的区域以及过渡辐射跟踪器中的相应高电离迹线来识别这些候选事件。

在ATLAS协作已经发布了其第一个结果从搜索在13 TeV能质子-质子碰撞磁单极子和HECOs。鉴于没有观察到磁单极子或HECO的证据，假设Drell-Yan电磁对生产机制，对spin-0和spin-½粒子建立了约束。

迄今为止，搜索是对磁性单极子在1至2 g D磁荷范围内最敏感的研究，超过了专用MoEDAL实验的结果，尽管如此，该实验探测的范围更大。该研究还改进了大约五倍的先前对磁电荷 1 g D的磁单极子直接产生的限制(见图)。此外，它是第一次研究HECO，其电荷超过电子电荷的60倍，因此超出了CMS和ATLAS合作的先前研究所涵盖的范围。

ATLAS再次被证明是一种强大的科学研究工具。通过其通用检测功能，物理学家将能够继续寻找像磁单极子这样的奇异粒子。