磁单极子(大图)和磁偶极子(插图)的图解(图片来源:欧洲核子研究中心)

　　磁铁，那些我们贴在冰箱上的日常物品，都有一个独特的特征:它们总是有一个南极和一个北极。即使你试着把磁铁掰成两半，两极也不会分开——你只会得到两个更小的偶极磁铁。但是如果一个粒子有一个带磁荷的单极呢?一个多世纪以来，物理学家一直在寻找这种磁单极子。大型强子对撞机(LHC)的ATLAS合作项目的一项新研究对这些假设粒子提出了新的限制，为继续寻找提供了新的线索。

　　1931年，物理学家保罗·狄拉克证明了磁单极子的存在与量子力学是一致的，并且要求——正如已经观察到的那样——电荷的量子化。20世纪70年代，试图统一自然界所有基本力的新理论也预言了磁单极子的存在，这让物理学家约瑟夫·波尔钦斯基(Joseph Polchinski)宣称，磁单极子的存在是“人们对尚未见过的物理学所能做的最安全的赌注之一”。磁单极子可能存在于早期的宇宙中，但在早期的指数膨胀阶段(即宇宙暴胀)中被稀释到一个不明显的微小密度。

　　ATLAS实验的研究人员正在寻找质量高达4太电子伏(TeV)的点状磁单极子对。这些质子对可以通过两种不同的机制在13 TeV的质子碰撞中产生:“drel - yan”，在碰撞中产生的虚拟光子产生磁单极子，或“光子聚变”，在质子辐射的两个虚拟光子相互作用产生磁单极子。

　　合作的探测策略依赖于狄拉克理论，该理论认为最小磁荷(gD)的大小相当于基本电荷单位(电子电荷e)的68.5倍。因此，电荷1gD的磁单极子将以与高电荷物体(HECO)相似的方式电离物质。当一个粒子电离探测器材料时，ATLAS记录下沉积的能量，这与粒子电荷的平方成正比。因此，磁单极子或heco会在ATLAS探测器的轨迹上留下大量的能量沉淀。由于ATLAS探测器的设计目的是记录低电荷粒子和中性粒子，所以这些高能沉积物的特征对寻找单极子和heco至关重要。

　　在他们的新研究中，ATLAS研究人员梳理了LHC第2次运行(2015-2018)的实验完整数据集，以寻找磁单极子和heco。搜索使用了探测器的过渡辐射跟踪器和精细分割的液体-氩气电磁量热计。这一结果对磁单极子的产生速度提出了一些最严格的限制。

　　搜索的目标是磁荷1gD和2gD的单极子，以及电荷20e、40e、60e、80e和100e的heco，质量在0.2 TeV到4 TeV之间。与以前的ATLAS搜索相比，新的结果得益于更大、更完整的Run-2数据集。这也是第一个考虑光子聚变产生机制的ATLAS分析。

　　由于数据集中没有磁单极子或heco的证据，ATLAS研究人员建立了磁荷为1gD和2gD的磁单极子的生产速率和质量的新限制。在这个电荷范围内，ATLAS仍然是对单极子最敏感的实验;较小的大型强子对撞机实验MoEDAL-MAPP先前已经研究了更大的电荷范围，并且也搜索了有限尺寸的单极子。

　　ATLAS的物理学家将继续寻找磁单极子和heco，进一步完善他们的搜索技术，并开发新的策略来研究Run-2和Run-3数据。

　　/公开发布。来自原始组织/作者的材料可能具有时点性质，并根据清晰度，风格和长度进行了编辑。海市蜃楼。新闻不受机构限制

　　所有的位置或侧面，以及所有的视图、位置等

　　此处表达的结论仅代表作者的观点。点击此处查看全文。