I risultati, riportati in due articoli pubblicati su arXiv server di prestampa, restringe notevolmente la finestra di ricerca per queste ipotetiche particelle.

All'LHC, coppie di monopoli magnetici potrebbero essere prodotte nelle interazioni tra protoni o ioni pesanti. Nelle collisioni tra protoni, questi potrebbero formarsi da un singolo fotone virtuale (meccanismo Drell-Yan) o dalla fusione di due fotoni virtuali (meccanismo di fusione fotonica). Coppie di monopoli magnetici potrebbero anche essere prodotte dal vuoto negli enormi campi magnetici creati in collisioni quasi mancate di ioni pesanti, attraverso un processo chiamato meccanismo di Schwinger.

Da quando ha iniziato a raccogliere dati nel 2012, MoEDAL ha ottenuto diversi primati, tra cui la conduzione delle prime ricerche presso l'LHC per monopoli magnetici prodotti tramite il meccanismo di fusione dei fotoni e attraverso il meccanismo di Schwinger.

Nel primo dei suoi ultimi studi, la collaborazione MoEDAL ha cercato monopoli e oggetti ad alta carica elettrica (HECO) prodotti tramite i meccanismi Drell-Yan e di fusione fotonica. La ricerca si è basata sui dati di collisione protone-protone raccolti durante la fase 2 dell'LHC, utilizzando per la prima volta il rilevatore MoEDAL completo.

Il rilevatore completo comprende due sistemi principali sensibili ai monopoli magnetici, agli HECO e ad altre ipotetiche particelle altamente ionizzanti. Il primo può registrare permanentemente le tracce dei monopoli magnetici e degli HECO, senza segnali di fondo provenienti dalle particelle del Modello Standard. Queste tracce vengono misurate utilizzando microscopi ottici a scansione presso l'INFN di Bologna.

Il secondo sistema è costituito da circa una tonnellata di volumi di intrappolamento progettati per catturare i monopoli magnetici. Questi volumi di intrappolamento, che rendono MoEDAL l'unico esperimento di collisione al mondo in grado di identificare in modo definitivo e diretto la carica magnetica dei monopoli magnetici, vengono scansionati all'ETH di Zurigo utilizzando un tipo speciale di magnetometro chiamato SQUID per cercare eventuali monopoli intrappolati che potrebbero contenere. .

Nella loro ultima scansione dei volumi di intrappolamento, il team MoEDAL non ha trovato monopoli magnetici o HECO, ma ha fissato limiti alla massa e al tasso di produzione di queste particelle per diversi valori di spin delle particelle, una forma intrinseca di momento angolare.

Per i monopoli magnetici, i limiti di massa sono stati fissati per cariche magnetiche da 1 a 10 volte l’unità fondamentale della carica magnetica, la carica di Dirac (gD), ed è stata esclusa l’esistenza di monopoli con masse fino a circa 3,9 trilioni di elettronvolt (TeV). .

Per gli HECO, sono stati stabiliti limiti di massa per cariche elettriche da 5e a 350e, dove e è la carica dell'elettrone, ed è stata esclusa l'esistenza di HECO con masse fino a 3,4 TeV.

"La portata della ricerca del MoEDAL sia per i monopoli che per gli HECO consente alla collaborazione di esaminare un'ampia fascia dello 'spazio di scoperta' teorico per queste ipotetiche particelle", afferma il portavoce del MoEDAL James Pinfold.

Nel suo penultimo studio, il team MoEDAL si è concentrato sulla ricerca di monopoli prodotti tramite il meccanismo di Schwinger nei dati di collisione di ioni pesanti rilevati durante la Fase 1 dell'LHC. In uno sforzo unico, ha scansionato una sezione dismessa del tubo del fascio sperimentale CMS, invece dei volumi di intrappolamento del rilevatore MoEDAL, alla ricerca di monopoli intrappolati.

Ancora una volta, il team non ha trovato monopoli, ma ha fissato i limiti di massa più forti finora sui monopoli Schwinger con una carica compresa tra 2gD e 45gD, escludendo l'esistenza di monopoli con masse fino a 80 GeV.

"L'importanza vitale del meccanismo di Schwinger è che la produzione di monopoli compositi non viene soppressa rispetto a quella di quelli elementari, come nel caso dei processi Drell-Yan e di fusione fotonica", spiega Pinfold. "Pertanto, se i monopoli sono particelle composite, questa e la nostra precedente ricerca sui monopoli di Schwinger potrebbero essere state la prima occasione in assoluto di osservarli."

Al rilevatore MoEDAL sarà presto affiancato il MoEDAL Apparatus for Penetrating Particles, in breve MAPP, che consentirà all'esperimento di gettare una rete ancora più ampia nella ricerca di nuove particelle.