En un article publicat aquest dimecres en la revista Journal of High Energy Physics (JHEP), l’experiment MoEDAL del Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC) del CERN fita el lloc on cercar una nova partícula: el monopol magnètic. En les últimes dècades, diversos experiments han tractat de trobar evidències de l’existència de monopols magnètics en acceleradors de partícules com l’LHC. Aquestes partícules van ser teoritzades pel físic Paul Dirac en els anys trenta, però no s’han observat fins al moment. L’Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC- Universitat de València) és l’únic centre de recerca espanyol que participa en MoEDAL.
“MoEDAL celebra hui la publicació del seu primer resultat científic i s’uneix així als altres experiments de l’LHC en la frontera de la ciència”, declara el portaveu de l’experiment, James Pinfold.
“El resultat demostra la capacitat de MoEDAL d’explorar un nou territori. Teories com la supersimetria seran posades a prova en el futur pròxim per MoEDAL”, afirma la presidenta del Consell de la Col·laboració de l’experiment, la investigadora de l’IFIC Vasiliki Mitsou.
Aïllar un monopol
Igual que l’electricitat té dues càrregues, positiva i negativa, el magnetisme té dos pols, nord i sud. La diferència es troba en el fet que mentre que és fàcil aïllar una càrrega elèctrica positiva o negativa, mai no s’ha vist una càrrega magnètica aïllada, un monopol. Si es talla una barra magnètica per la meitat s’obtenen dues barres magnètiques més xicotetes, però cadascuna amb el seu pol nord i sud. No obstant açò, la teoria suggereix que el magnetisme podria ser una propietat de les partícules elementals. Així, com els electrons tenen càrrega negativa i els protons positiva, els monopols magnètics podrien en teoria tenir un pol nord o sud.
Si els monopols existeixen, es creu que són molt massius. Com l’LHC produeix col·lisions a una energia sense precedents, es podrien observar partícules d’aquest tipus si són prou lleugeres per estar a l’abast de l’LHC. Per exemple, les interaccions entre dos fotons d’alta energia podrien produir parells de monopols nord i sud. Els monopols també podrien manifestar-se per la seua càrrega magnètica i mitjançant el seu alt poder ionitzant, unes 4.700 vegades superior que el dels protons. L’experiment MoEDAL de l’LHC està específicament dissenyat per cercar aquests efectes.
L’article publicat hui es basa en l’anàlisi de les dades recopilades durant el primer cicle de funcionament de l’LHC o Run 1 (2010-2013), quan els detectors d’alumini eren encara prototips. Encara que no mostren evidències de monopols atrapats, els resultats han permès a la col·laboració MoEDAL posar nous límits per a la massa d’aquestes partícules hipotètiques. També mostren el potencial del detector MoEDAL, a mesura que l’ LHC proporciona dades a majors energies.
La col·laboració MoEDAL treballa ara activament en l’anàlisi de les dades obtingudes amb el detector complet en 2015, inclosos els detectors de plàstic NTDs i els detectors d’alumini, amb l’estimulant possibilitat de fer descobriments revolucionaris en diversos nous escenaris per a la física.
Experiment MoEDAL en LHC IP8. Foto: Brice, Maximilien (CERN).
Participació de l’Institut de Física Corpuscular de la UV
L’Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC- Universitat de València) és l’única institució científica espanyola que participa en MoEDAL. La seua participació està recolzada per la Generalitat Valenciana com a agència finançadora. El grup està liderat per Vasiliki Mitsou, científica titular del CSIC en l’IFIC, que actualment presideix la direcció de l’experiment, el Collaboration Board.
Experiment MoEDAL. Foto: Brice, Maximilien (CERN) .
El grup de l’IFIC es dedica tant a aspectes experimentals com a l’elaboració de models teòrics importants per a la interpretació dels resultats de MoEDAL aprofitant l’experiència dels seus integrants en el desenvolupament de teories sobre monopols magnètics i supersimetria. En l’article publicat, el grup IFIC va jugar un paper decisiu en la simulació del pas del monopol magnètic a través del detector.
Amb la participació en MoEDAL, l’Institut de Física Corpuscular, centre d’excel·lència Severo Ochoa, és l’únic centre espanyol present en tres experiments de l’LHC. Per la seua llarga tradició en física experimental d’altes energies i la seua participació en els anteriors acceleradors del CERN, l’IFIC va participar en el disseny, construcció i operació d’ATLAS, el major experiment de l’LHC on es va descobrir el bosó de Higgs. La seua experiència en les anomenades factories de fondes B li va servir per incorporar-se a l’experiment LHCb, que estudia l’asimetria entre matèria i antimatèria en l’Univers.
