Figura 1. Illustrazione schematica della bussola magnetica, del magnete regolare e dell'ipotetico monopolo magnetico. Credito:Kavli IPMU
Secondo un nuovo studio pubblicato in Physical Review Letters .
I magneti sono intimamente familiari a tutti, con applicazioni ad ampio raggio nella vita quotidiana, da TV e computer a giocattoli per bambini. Tuttavia, la rottura di qualsiasi magnete, come l'ago di una bussola di navigazione composto da poli nord e sud a metà, risulterà in solo due magneti bipolari più piccoli. Questo mistero è sfuggito ai ricercatori per decenni dal 1931, quando il fisico Paul Dirac ha teorizzato l'esistenza di "monopoli magnetici" unipolari, particelle paragonabili agli elettroni ma con una carica magnetica.
Per esplorare se esistono monopoli magnetici, un team internazionale di ricercatori, tra cui il collega Volodymyr Takhistov dell'Istituto Kavli per la Fisica e la Matematica dell'Universo (Kavli IPMU) dell'Università di Tokyo, ha studiato i dati disponibili da una varietà di esperimenti terrestri e ha condotto il ricerche più sensibili fino ad oggi per monopoli su un'ampia gamma di masse possibili. I ricercatori si sono concentrati su un'insolita fonte di monopoli:collisioni atmosferiche di raggi cosmici che si verificano da eoni.
La ricerca interdisciplinare ha richiesto di riunire competenze provenienti da diversi angoli distinti della scienza, tra cui fisica degli acceleratori, interazioni dei neutrini e raggi cosmici.
Le collisioni dei raggi cosmici con l'atmosfera hanno già svolto un ruolo centrale nel progresso della scienza, in particolare nell'esplorazione dei neutrini spettrali. Questo ha portato al Premio Nobel per la Fisica 2015 del Kavli IPMU Senior Fellow Takaaki Kajita per la scoperta da parte dell'esperimento Super-Kamiokande che i neutrini oscillano in volo, implicando che hanno massa.
Parzialmente ispirato dai risultati di Super-Kamiokande, il team si è messo al lavoro sui monopoli. Particolarmente interessanti sono stati i monopoli della luce con masse attorno alla scala elettrodebole, che possono essere facilmente accessibili agli acceleratori di particelle convenzionali.
Eseguendo simulazioni di collisioni di raggi cosmici, analogamente alle collisioni di particelle all'LHC del CERN, i ricercatori hanno ottenuto un raggio persistente di monopoli di luce che piovono su diversi esperimenti terrestri.
Questa fonte unica di monopoli è particolarmente interessante, in quanto è indipendente da qualsiasi monopolio preesistente come quelli potenzialmente rimasti come reliquie dall'universo primordiale e copre un'ampia gamma di energie.
Analizzando nuovamente i dati di un'ampia gamma di precedenti ricerche sperimentali sui monopoli, i ricercatori hanno identificato nuovi limiti sui monopoli in un'ampia gamma di masse, compresi quelli al di fuori della portata delle ricerche convenzionali sui monopoli dei collisori.
Figura 2. Un'illustrazione schematica della produzione del monopolio magnetico (M) dalle collisioni dei raggi cosmici con l'atmosfera terrestre. Credito:Volodymyr Takhistov
Questi risultati e la fonte dei monopoli studiati dai ricercatori serviranno da utile punto di riferimento per interpretare le successive future ricerche sui monopoli nei laboratori terrestri.
I dettagli del loro studio sono stati pubblicati in Physical Review Letters il 17 maggio. + Esplora ulteriormente
