Фізики близькі до виявлення магнітного монополя на ВАК: чому ці частинки такі важливі

Фізики, які проводили експерименти на Великому адронному колайдері (ВАК), представили результати своїх пошуків гіпотетичної елементарної частинки магнітний монополь, яка має лише один полюс магнітного заряду. Поки що їм не вдалося виявити цю частинку, але автори стверджують, що вони знають, як її виявити і стали ближче до цього. Якщо фізикам вдасться виявити магнітний монополь, то це підтвердить теорію, що виникла 1931 року і дасть можливість об'єднати квантову механіку з гравітацією. Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Відомо, що в магнітів є два полюси. Навіть якщо розділити магніт, то він все одно матиме ті самі два полюси. Усі відомі елементарні частинки є магнітними диполями. Ще наприкінці 19 століття фізики вперше задумалися про те, чи може існувати один магнітний полюс окремо від іншого. Адже позитивним і негативним електричним зарядам не потрібні їхні протилежні аналоги.

У 1931 році британський фізик Поль Дірак висунув теорію про існування магнітного монополя, тобто гіпотетичної елементарної частинки, яка може пояснити, чому електричний заряд квантується. У такому разі магнітний заряд також має квантуватися і складається він із зарядів Дірака. Фізики намагаються виявити магнітні монополі, але поки що це їм не вдалося. Але більшість фізиків згодні з тим, що ці частинки, ймовірно, існують.

Більшість теорій магнітних монополів вимагають, щоб вони не порушували закони симетрії. Тобто у Всесвіті не може бути надлишку тих чи інших магнітних полюсів, їх має бути рівна кількість, але на відміну від відомих магнітних полюсів, їх не потрібно з'єднувати.

Вчені використовували детектор MoEDAL для виявлення магнітних монополів за допомогою зіштовхування частинок на БАК. В одному з нещодавніх експериментів вчені шукали ознаки утворення монополів з віртуальних фотонів. Вважається, що віртуальні фотони переносять електромагнітну силу між двома носіями заряду, але не існують як вільні частинки. Віртуальні фотони можна створити під час зіткнення частинок на найвищій швидкості.

Фізики запропонували два способи створення магнітних монополів. Один із них передбачає злиття двох віртуальних фотонів, інший, відомий як процес Дрелла-Яна, дає змогу створити монополь з одного віртуального фотона.

Однією із суттєвих особливостей монополів є те, що вони несуть великий заряд. Відкриття такого об'єкта з великим електричним зарядом вкаже на існування фізики, яка виходить за рамки Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Це могло б стати важливим ключем до виявлення прихованих монополів, хоча відповідальність за це можуть також нести й інші екзотичні частинки.

Водночас авторам дослідження вдалося встановити нижчі межі маси для магнітних монополів під час експериментів. Також учені описали ще один спосіб пошуку магнітних монополів, коли відбувалося зіткнення іонів важких елементів. Передбачається, що досить сильні електричні або магнітні поля можуть створювати частинки з вакууму. Якщо магнітні монополі є складовими частинками, то їх можна виявити таким чином. Автори дійшли висновку, що для створення магнітного монополя потрібно багато енергії і ці частинки повинні мати масу понад 80 мільярдів електронвольт. Автори вважають, що магнітні монополі можуть ховатися від виявлення і все ще є можливість їх виявити під час майбутніх зіткнень частинок.

Магнітні монополі є ключем до створення Теорій Великого об'єднання, які прагнуть об'єднати квантову механіку з гравітацією. Вони мають тенденцію передбачати дуже великі маси, близько трильйонів електронвольт, і вимагають мінімальних зарядів, які в два або три рази перевищують заряд Дірака.

Як уже писав Фокус, вченим вдалося сповільнити і навіть зупинити рух фотонів, тобто частинок світла, у фотонному кристалі. Це може сприяти створенню більш досконалих фотонних пристроїв, наприклад, лазерів.