你觉得有没有磁单极？把一块磁铁切成两半，就会产生两块磁铁，每块磁铁都有自己的北极和南极。一个多世纪以来，物理学家们一直对这种明显不存在孤立磁极或“磁单极子”的现象感到困惑。磁单极子的存在似乎是完全自然的；如果观察到带有磁荷的粒子，麦克斯韦方程将反映出电与磁之间的完全对称性。但谜团依然存在：虽然所有已知粒子都是带电或中性的，但还没有发现任何粒子是带带磁性的，由保罗·狄拉克正式提出了磁单极子的理论。
这可能是在类似于大型强子对撞机的条件下产生，欧洲核子研究中心阿特拉斯合作组织的科学家们设计了一种专门技术来寻找这种粒子的证据。根据狄拉克的理论，基本磁荷(1gd)的磁单极子电离物质方式与高电荷物体(HECO)相同。与电荷的平方成比例的大量能量沉积将被留在阿特拉斯探测器中，这些粒子就是通过这个探测器运动。
因此，对具有这些特性的磁单极子研究与对多次(超过20次)电子电荷稳定粒子的研究密切相关。阿特拉斯物理学家从阿特拉斯的跟踪探测器和量热计系统收集的数据中挑选出预期具有HECOs或磁单极子特征的碰撞事件，以便进一步分析。
（博科园-图示）观察到Drell-Yan自旋0(左)和自旋1/2(右)单极子产生随质量变化的95%置信水平上截面极限。图片：ATLAS Collaboration/CERN
这些候选事件是通过在量热计中鉴别能量沉积较大和较窄区域以及在过渡辐射跟踪器中相应的高电离痕迹来识别。阿特拉斯合作发布了在13次TeV质子-质子碰撞中寻找磁单极子和HECOs的第一个结果。既然没有证据表明磁单极子或观察HECOs约束建立了自旋为0和自旋-½粒子假定Drell-Yan电磁对生产机制。
迄今为止，该研究是对1 ~ 2gd磁荷范围内磁单极子最敏感的研究，超过了MoEDAL专用实验的结果，但MoEDAL的探测范围更大。该研究还改进了先前对直接产生磁荷为1gd磁单极子的限制(见图)，大约是原来的五倍。
此外，这是第一次研究荷电比超过电子荷电60倍的HECOs，从而超过了CMS和ATLAS合作之前研究的范围。阿特拉斯再次被证明是一个强大的科学研究工具，通过它的通用探测能力，物理学家将能够继续寻找像磁单极子这样的粒子。
博科园｜研究/来自：ATLAS Experiment
参考期刊《Physics Today》《arxiv》
DOI: 10.1063/PT.3.3328
Cite: arXiv:1905.10130
发表于 2019-12-1 20:36
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