L'analyse des dernières données obtenues au LHC après son redémarrage, une fois de plus n'a pas permis aux physiciens de trouver des traces de monopôles magnétiques - particules hypothétiques avec seulement un pôle positif ou seulement négatif, selon un article publié dans la bibliothèque électronique arXiv.org.
«Malgré le fait que nous n’ayons pas trouvé de monopôles, nous avons réussi à donner de nouvelles estimations très fiables de sa masse minimale et de son champ magnétique. Il existe d'autres estimations de ces paramètres, mais elles ont été faites sur la base de divers types d'hypothèses, et non de données expérimentales », a déclaré Arrtu Rajantie de l'Imperial College de Londres (Royaume-Uni).
Les monopôles magnétiques sont des particules hypothétiques à un pôle magnétique, dont l'existence possible a été annoncée pour la première fois par le physicien anglais Paul Dirac en 1931. Si les scientifiques parviennent à les trouver dans la nature ou à les créer dans un laboratoire, cette découverte confirmera sans ambiguïté l'hypothèse selon laquelle les charges électriques de toutes les particules sont des quantités discrètes, sur lesquelles reposent presque toutes les théories physiques modernes.
Les physiciens n'ont pas encore été en mesure de le faire pour une raison simple: la masse du monopole, comme les théoriciens le croient aujourd'hui, est très grande. C'est au moins un tiers de la masse d'un proton et est très probablement comparable à la masse du quark T, la particule élémentaire la plus lourde à ce jour. Les accélérateurs de particules modernes n'ont commencé que récemment à atteindre ce niveau, c'est pourquoi les recherches antérieures de monopôles sous la forme dans laquelle Dirac les imaginait étaient impossibles en pratique.
Par exemple, le LHC n'a commencé à rechercher des monopôles qu'en 2011, lorsqu'un détecteur MoEDAL a été installé dans son anneau, conçu pour observer les traces de ces particules super lourdes. Il s'agit d'un ensemble d'écrans métalliques et de plusieurs centaines de flans d'aluminium installés entre eux et interagissant avec des particules volantes.
Tel que conçu par les créateurs de MoEDAL, certains des monopôles seront "coincés" à l'intérieur de ces tiges, afin qu'ils puissent être détectés à l'aide de capteurs de champ magnétique supersensibles basés sur des supraconducteurs.
Les trois dernières tentatives pour trouver des monopoles utilisant de tels pièges - en 2012, 2013 et 2015 - ont échoué. Malgré une augmentation de la sensibilité des détecteurs et un doublement de la puissance du LHC lui-même, les physiciens n'ont pu trouver aucune trace de particules magnétiques unipolaires, ce qui a fortement réduit le champ de leurs éventuelles recherches.
Des résultats similaires, selon James Pinfold, chef de projet à l'Université de l'Alberta à Edmonton, au Canada, ont été obtenus en analysant l'ensemble de données complet pour l'ensemble du deuxième cycle du LHC, au cours duquel le MoEDAL a accumulé six fois plus d'informations que pour toute la fois précédente.
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Selon les scientifiques, au départ, ils ont pu détecter environ quatre douzaines de traces potentielles de monopôles, mais des tests supplémentaires ont montré qu'ils étaient tous causés par des défaillances et des erreurs dans le fonctionnement de capteurs de champ magnétique supraconducteurs, et non par de vraies particules élémentaires.
De tels résultats de mesure, comme le note Pinfold, indiquent que la masse minimale d'un monopôle est d'environ 400 milliards d'électrons volts, soit environ 400 fois la masse d'un proton et trois fois la masse d'un quark T. Le groupe de Rajanti est parvenu à des conclusions similaires en analysant les données d'une autre partie du LHC - l'accélérateur SPS, dans lequel, comme le pensaient les scientifiques, les monopôles individuels pouvaient être combinés par paires.
De telles particules lourdes, selon les physiciens, seront extrêmement difficiles à rechercher au LHC et même à son successeur, le collisionneur linéaire ILC, observant continuellement les collisions de noyaux et de protons pendant de nombreuses années. Pour cette raison, le mystère de la discrétion des charges électriques peut rester non résolu pendant plusieurs décennies, concluent les scientifiques.
