Aprovechando los intensos campos magnéticos producidos en las colisiones de iones pesados en el LHC, un equipo internacional con participación del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, UV-CSIC) acaba de mostrar el camino para encontrar los ansiados monopolos magnéticos –partículas elementales predichas por varias teorías pero nunca observadas. Los resultados de este trabajo, publicado en la revista Nature, descartan la existencia de monopolos magnéticos ligeros y sientan las bases para futuras búsquedas de estas nuevas partículas.
Un grupo internacional de investigación donde participa el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto de la Universitat de València (UV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha dado un paso de gigante en la búsqueda experimental de los monopolos magnéticos, unas partículas elementales hipotéticas predichas por varias teorías pero todavía no observadas. Para ello han explorado un mecanismo de producción de la materia propuesto por Julian Schwinger, físico estadounidense ganador del Premio Nobel en 1965.
Para avanzar en el descubrimiento de esta escurridiza partícula, los científicos trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), concretamente en el experimento Monopole and Exotics Detector (MoEDAL), cuyo objetivo principal es la búsqueda directa del monopolo magnético entre otras partículas exóticas.
Estas partículas se caracterizan por tener un solo polo magnético, una peculiar propiedad jamás observada. Confirmar su existencia sería transformador para la física, puesto que se abriría un nuevo camino más allá del Modelo Estándar, la teoría actualmente aceptada para describir el mundo microscópico, y se simetrizarían las ecuaciones Maxwell, que describen las leyes del electromagnetismo.
Vasiliki Mitsou, investigadora del Instituto de Física Corpuscular y líder del grupo MoEDAL de Valencia, es también la coordinadora de análisis del mencionado experimento. Ha liderado todos los pasos para la obtención de estos nuevos resultados y ha sido una de las revisoras internas del artículo de la colaboración.
“La sinergia entre físicos experimentales y teóricos en MoEDAL ha permitido, por primera vez, la búsqueda de monopolos de tamaño finito, inaugurando también el uso del potente campo magnético presente en las colisiones de iones pesados en el LHC. Ese mecanismo Schwinger permite calcular probabilidades de producción de monopolos físicamente válidas”, señala Vasiliki Mitsou.
El acelerador más grande y poderoso del mundo, el LHC
El experimento busca la producción de monopolos magnéticos en las colisiones de iones pesados en el acelerador de partículas más grande y poderoso del mundo, el LHC. Las colisiones generan fuertes campos magnéticos, los cuales podrían dar lugar a la creación espontánea de monopolos magnéticos a través del mecanismo de Schwinger (fenómeno por el cual la materia se crea por un fuerte campo eléctrico).
Para detectar monopolos magnéticos, los investigadores de MoEDAL han utilizado un magnetómetro superconductor para escanear los módulos detectores expuestos a las colisiones de plomo-plomo del LHC en busca de señales de carga magnética atrapada. Al no haberse encontrado ninguna señal de este tipo, los investigadores pudieron excluir la existencia de monopolos con una masa inferior a 75 gigaelectronvoltios (GeV), para cargas magnéticas que van desde 1 a 3 unidades base de carga magnética.
El experimento planea tomar más datos y aumentar su sensibilidad para detectar monopolos más pesados y con mayor carga magnética en un futuro próximo. La colaboración MoEDAL utilizará ahora el detector MoEDAL completo, incluidos los detectores de trazas de plástico además de los detectores de captura de monopolos, para impulsar la búsqueda a masas y cargas de monopolos más altas utilizando el conjunto de datos completo tomado durante el periodo 2015-2018. Además, se desplegará un detector MoEDAL actualizado para la toma de datos en el Run-3 del LHC, que volverá a funcionar a partir de la primavera de 2022.
Referencia bibliográfica
Acharya, B., Alexandre, J., Benes, P. et al. Search for magnetic monopoles produced via the Schwinger mechanism. Nature 602, 63–67 (2022).