Tagliare un magnete a metà produce due magneti, ciascuno con il proprio polo nord e sud. Questa apparente assenza di un polo magnetico isolato, o "monopolo magnetico, " ha sconcertato i fisici per più di un secolo. Sembrerebbe perfettamente naturale che esista un monopolio magnetico; le equazioni di Maxwell rifletterebbero la completa simmetria tra elettricità e magnetismo se si osservassero particelle con carica magnetica. Ma il mistero rimane:mentre ogni particella conosciuta è o caricati elettricamente o neutri, nessuno è stato trovato per essere caricato magneticamente.

Nel 1931, Paul Dirac ha proposto formalmente una teoria per i monopoli magnetici, che potrebbe essere prodotto in condizioni come quelle trovate all'LHC. Gli scienziati della collaborazione ATLAS al CERN hanno progettato una tecnica specializzata per cercare prove di tali particelle. Secondo Dirac, monopoli magnetici di carica magnetica fondamentale (1 g _D ) ionizzano la materia allo stesso modo di un oggetto ad alta carica elettrica (HECO). Grandi depositi di energia, proporzionale alla carica al quadrato, rimarrebbe indietro nel rivelatore ATLAS attraverso il quale queste particelle viaggiavano.

Così, la ricerca di monopoli magnetici con queste caratteristiche va di pari passo con la ricerca di particelle stabili di molte volte (più di 20) la carica dell'elettrone. I fisici di ATLAS individuano gli eventi di collisione con le caratteristiche attese dagli HECO o dai monopoli magnetici dai dati raccolti dal rilevatore di tracciamento di ATLAS e dai sistemi calorimetrici per ulteriori analisi. Questi eventi candidati sono identificati discriminando le regioni con depositi energetici grandi e stretti nel calorimetro e corrispondenti tracce di alta ionizzazione nel tracker di radiazione di transizione.

La collaborazione ATLAS ha pubblicato i primi risultati della ricerca di monopoli magnetici e HECO in collisioni protone-protone da 13 TeV. Dato che non è stata osservata alcuna prova di monopoli magnetici o HECO, sono stati stabiliti vincoli sulle particelle spin-0 e spin-½ assumendo il meccanismo di produzione di coppie elettromagnetiche Drell-Yan.

Ad oggi, la ricerca è lo studio più sensibile sui monopoli magnetici nell'intervallo da 1 a 2 g _D carica magnetica, superando i risultati dell'esperimento MoEDAL dedicato, che tuttavia sonda una gamma più ampia. Lo studio migliora anche, di circa un fattore cinque, i precedenti vincoli sulla produzione diretta di monopoli magnetici con carica magnetica 1 g _D (Guarda la figura). Inoltre, è la prima ricerca per studiare HECO con cariche maggiori di 60 volte la carica dell'elettrone, superando così gli intervalli coperti da studi precedenti dalle collaborazioni CMS e ATLAS.

ATLAS ha dimostrato ancora una volta di essere un potente strumento di studio scientifico. Grazie alle sue capacità di rilevamento di uso generale, i fisici potranno continuare a cacciare particelle esotiche come il monopolio magnetico.