MoEDAL (Monopole & Exotics Detector at the LHC), l’esperimento al CERN dedicato alla ricerca dei monopoli magnetici, restringe il campo d’indagine su queste ipotetiche particelle, ponendo nuovi limiti alla loro massa. Il risultato è stato pubblicato oggi, 10 agosto 2016, sulla rivista Journal of High Energy Physics (JHEP).“La scoperta dei monopoli magnetici avrebbe un impatto straordinario nella fisica delle particelle, in astrofisica e in cosmologia”, spiega Laura Patrizii, ricercatrice della sezione INFN di Bologna, vice-coordinatore di MoEDAL.
Proprio come accade per l'elettricità, che prevede due cariche, positiva e negativa, così il magnetismo è dotato di due poli, nord e sud. La differenza è che, mentre è facile isolare una carica elettrica positiva o negativa, nessuno ha mai visto una carica magnetica “da sola”, il cosiddetto “monopolo magnetico”: se si taglia a metà un magnete, si finisce sempre con due magneti più piccoli, ciascuno con un polo nord e un polo sud. Eppure la teoria ci suggerisce che il magnetismo potrebbe essere una proprietà delle particelle elementari. Così come gli elettroni sono dotati di una carica elettrica negativa e i protoni di una positiva, così i monopoli magnetici potrebbero avere solo un polo nord o solo un polo sud. Si ritiene che i monopoli, se esistono, debbano essere molto massivi. LHC produce collisioni a energie mai raggiunte finora: se la massa dei monopoli fosse alla portata di LHC i fisici potrebbero essere in grado di osservarli. Per esempio, nelle interazioni fotone-fotone ad alta energia potrebbero essere prodotte coppiemonopolo nord-monopolo sud. La presenza di monopoli sarebbe rivelata dalla loro carica magnetica e dal loro enorme potere ionizzante, circa 4700 volte superiore a quello dei protoni. L'esperimento MoEDAL a LHC è stato progettato appositamente per osservare questi effetti.
MoEDAL è costituito da un rivelatore sostanzialmente passivo installato in prossimità dell'esperimento LHCb. Essendo altamente ionizzanti, i monopoli produrrebbero un segnale permanente nella struttura dei rilevatori, osservabile successivamente al microscopio. Inoltre, perdendo energia molto rapidamente, sarebbero rallentati da un secondo sistema, costituito da 0,8 tonnellate di rivelatori di alluminio che agiscono come una trappola per la carica magnetica (trapping detector). La presenza di un monopolo intrappolato sarebbe osservata successivamente scansionando i rivelatori con un magnetometro. MoEDAL include poi una serie di rivelatori a pixel di silicio utilizzati per controllare in tempo reale la radiazione ambientale nell’area sperimentale. Lo studio pubblicato oggi si basa sull’analisi dei dati raccolti durante il primo run di LHC, quando il trapping detector era ancora allo stadio di prototipo. Benché non si sia trovata traccia di monopoli intrappolati, il risultato ottenuto ha permesso alla collaborazione MoEDAL di porre nuovi limiti sulla massa di queste ipotetiche particelle. Al momento la collaborazione MoEDAL è attivamente impegnata nell’analisi dei dati ottenuti dal rilevatore nella sua configurazione definitiva.
Il risultato di MoEDAL appena pubblicato è dedicato a Giorgio Giacomelli, membro della Collaborazione fino alla sua scomparsa, nel 2014. “Giorgio Giacomelli è stato pioniere e leader nella ricerca del monopolo magnetico. Dedicare a lui questo primo articolo di MoEDAL è un dovuto riconoscimento”, commenta Patrizii.
L'articolo:
https://arxiv.org/abs/1604.06645
Immagini
https://cds.cern.ch/record/2157891
https://cds.cern.ch/record/2162912
Video:
https://cds.cern.ch/record/1360998
https://cds.cern.ch/record/2206363
Sito web della collaborazione MoEDAL