Die Analyse der neuesten Daten, die am LHC nach seinem Neustart erhalten wurden, ermöglichte es den Physikern erneut nicht, Spuren magnetischer Monopole zu finden - hypothetische Partikel mit nur einem positiven oder nur einem negativen Pol, wie aus einem Artikel in der elektronischen Bibliothek von arXiv.org hervorgeht.
„Trotz der Tatsache, dass wir keine Monopole gefunden haben, konnten wir neue, zuverlässigste Schätzungen der Mindestmasse und der Magnetfeldstärke abgeben. Es gibt andere Schätzungen dieser Parameter, die jedoch auf verschiedenen Annahmen und nicht auf experimentellen Daten beruhen “, sagte Arrtu Rajantie vom Imperial College London (UK).
Magnetische Monopole sind hypothetische Teilchen mit einem Magnetpol, deren mögliche Existenz erstmals 1931 vom englischen Physiker Paul Dirac angekündigt wurde. Wenn es Wissenschaftlern gelingt, sie in der Natur zu finden oder im Labor herzustellen, wird diese Entdeckung eindeutig die Annahme bestätigen, dass die elektrischen Ladungen aller Teilchen diskrete Größen sind, auf denen fast alle modernen physikalischen Theorien basieren.
Physiker haben dies aus einem einfachen Grund noch nicht geschafft - die Masse des Monopols ist, wie Theoretiker heute glauben, sehr groß. Es macht mindestens ein Drittel der Masse eines Protons aus und ist höchstwahrscheinlich mit der Masse des T-Quarks vergleichbar, dem bislang schwersten Elementarteilchen. Moderne Teilchenbeschleuniger haben erst vor kurzem begonnen, dieses Niveau zu erreichen, weshalb frühere Suchen nach Monopolen in der Form, in der Dirac sie sich vorstellte, in der Praxis unmöglich waren.
Zum Beispiel begann der LHC erst 2011 mit der Suche nach Monopolen, als ein MoEDAL-Detektor in seinem Ring installiert wurde, um die Spuren dieser superschweren Partikel zu beobachten. Es handelt sich um eine Reihe von Metallgittern und mehreren hundert Aluminiumrohlingen, die zwischen ihnen installiert sind und mit fliegenden Partikeln interagieren.
Wie von den Machern von MoEDAL konzipiert, bleiben einige der Monopole in diesen Stäben "stecken", so dass sie mit supersensitiven Magnetfeldsensoren auf der Basis von Supraleitern erfasst werden können.
Die letzten drei Versuche, mit solchen Fallen Monopole zu finden - 2012, 2013 und 2015 - sind gescheitert. Trotz der Erhöhung der Empfindlichkeit der Detektoren und der Verdoppelung der Leistung des LHC selbst konnten die Physiker keine Spuren unipolarer magnetischer Partikel finden, die das Feld ihrer möglichen Suche stark einschränkten.
Ähnliche Ergebnisse wurden laut James Pinfold, einem Projektleiter an der Universität von Alberta in Edmonton, Kanada, durch Analyse des vollständigen Datensatzes für den gesamten zweiten Zyklus des LHC erzielt, in dem MoEDAL sechsmal mehr Informationen sammelte als für die ganze vorherige Zeit.
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Nach Angaben von Wissenschaftlern konnten sie zunächst etwa vier Dutzend potenzielle Spuren von Monopolen nachweisen. Eine zweite Überprüfung ergab jedoch, dass sie alle durch Fehler und Fehler beim Betrieb supraleitender Magnetfeldsensoren und nicht durch echte Elementarteilchen verursacht wurden.
Solche Messergebnisse zeigen, wie Pinfold bemerkt, dass die Mindestmasse eines Monopols etwa 400 Milliarden Elektronenvolt beträgt, was etwa dem 400-fachen der Masse eines Protons und dem Dreifachen der Masse eines T-Quarks entspricht. Rajantis Gruppe kam zu ähnlichen Ergebnissen, als sie Daten von einem anderen Teil des LHC analysierte - dem SPS-Beschleuniger, bei dem, wie Wissenschaftler glaubten, einzelne Monopole zu Paaren kombiniert werden konnten.
Nach Ansicht der Physiker wird es am LHC und sogar an seinem Nachfolger, dem ILC-Linearkollider, äußerst schwierig sein, nach solchen schweren Teilchen zu suchen, die über viele Jahre hinweg kontinuierlich Kollisionen von Kernen und Protonen beobachten. Aus diesem Grund könnte das Rätsel der Diskretion elektrischer Ladungen mehrere Jahrzehnte lang ungelöst bleiben, schließen Wissenschaftler.
