El experimento MoEDAL del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN acota el
lugar donde buscar una nueva partícula, el monopolo magnético. En las últimas
décadas, varios experimentos han tratado de encontrar evidencias de la existencia de
monopolos magnéticos en aceleradores de partículas como el LHC. Estas partículas
fueron teorizadas por el físico Paul Dirac en los años treinta, pero no se han observado
hasta el momento. El Instituto de Física Corpuscular, centro mixto del Consejo Superior
de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, es el único centro de
investigación español que participa en MoEDAL. Los resultados del trabajo aparecen
publicados hoy en la revista Journal of High Energy Physics.
“MoEDAL celebra hoy la publicación de su primer resultado científico y se une así a los
otros experimentos del LHC en la frontera de la ciencia”, declara el portavoz del
experimento, James Pinfold.
“El resultado demuestra la capacidad de MoEDAL de explorar un nuevo territorio.
Teorías como la supersimetría se pondrán a prueba en el futuro próximo por
MoEDAL”, afirma la Presidenta del Consejo de la Colaboración del experimento, la
investigadora del CSIC Vasiliki Mitsou.
Al igual que la electricidad tiene dos cargas, positiva y negativa, el magnetismo tiene
dos polos, norte y sur. La diferencia estriba en que mientras que es fácil aislar una
carga eléctrica positiva o negativa, nunca se ha visto una carga magnética aislada, un
monopolo. Si se corta una barra magnética por la mitad se obtienen dos barras
magnéticas más pequeñas, pero cada una con su polo norte y sur. Sin embargo, la
teoría sugiere que el magnetismo podría ser una propiedad de las partículas
elementales. Así, como los electrones tienen carga negativa y los protones positiva, los
monopolos magnéticos podrían en teoría tener un polo norte o sur.
Si los monopolos existen, se cree que son muy masivos. Como el LHC produce
colisiones a una energía sin precedentes, se podrían observar partículas de este tipo si son lo suficientemente ligeras para estar al alcance del LHC. Por ejemplo, las
interacciones entre dos fotones de alta energía podrían producir pares de monopolos
norte y sur. Los monopolos también podrían manifestarse por su carga magnética y
mediante su alto poder ionizante, unas 4.700 veces mayor que el de los protones. El
experimento MoEDAL del LHC está específicamente diseñado para buscar estos
efectos.
MoEDAL está compuesto por un gran detector pasivo instalado junto al experimento
LHCb. Como los monopolos serían altamente ionizantes, dejarían trazas en detectores
de plástico (NTDs) que se examinarían después con un microscopio. Los monopolos
también perderían su energía de forma muy rápida, por lo que podrían ralentizarse
mediante otro dispositivo consistente en 0,8 toneladas de detectores de aluminio que
actúan como una trampa. Un monopolo atrapado en este dispositivo señalaría su
presencia después, cuando un magnetómetro busque cargas magnéticas en los
detectores. Además, MoEDAL dispone de una matriz de detectores de píxeles de silicio
TimePix, que se usan para observar el entorno del experimento en tiempo real.
El artículo publicado hoy se basa en el análisis de los datos recopilados durante el
primer ciclo de funcionamiento del LHC o Run 1 (2010-2013), cuando los detectores de
aluminio eran todavía prototipos. Aunque no muestran evidencias de monopolos
atrapados, los resultados han permitido a la colaboración MoEDAL poner nuevos
límites para la masa de estas partículas hipotéticas. También muestran el potencial del
detector MoEDAL, a medida que el LHC proporcione datos a mayores energías.
La colaboración MoEDAL trabaja ahora activamente en el análisis de los datos
obtenidos con el detector completo en 2015, incluidos los detectores de plástico NTDs
y los detectores de aluminio, con la estimulante posibilidad de descubrimientos
revolucionarios en varios nuevos escenarios para la física.
Participación del Instituto de Física Corpuscular
El Instituto de Física Corpuscular es la única institución científica española que
participa en MoEDAL. Su participación está respaldada por la Generalitat Valenciana
como agencia financiadora. El grupo está liderado por Vasiliki Mitsou, científica titular
del CSIC en el IFIC que actualmente preside la dirección del experimento, el
Collaboration Board.
El grupo del IFIC se dedica tanto a aspectos experimentales como a la elaboración de
modelos teóricos importantes para la interpretación de los resultados de MoEDAL,
aprovechando la experiencia de sus integrantes en el desarrollo de teorías sobre
monopolos magnéticos y supersimetría. En el artículo publicado hoy, el grupo IFIC jugó
un papel decisivo en la simulación del paso del monopolo magnético a través del
detector.
Con la participación en MoEDAL, el Instituto de Física Corpuscular, centro de
excelencia Severo Ochoa, es el único centro español presente en tres experimentos del LHC. Por su larga tradición en física experimental de altas energías y su participación
en los anteriores aceleradores del CERN, el IFIC participó en el diseño, construcción y
operación de ATLAS, el mayor experimento del LHC donde se descubrió el bosón de
Higgs. Su experiencia en las llamadas factorías de mesones B le sirvió para incorporarse
al experimento LHCb, que estudia la asimetría entre materia y antimateria en el
Universo.
Más información y contacto:
Vasiliki Mitsou. Presidente del Collaboration Board del experimento MoEDAL del CERN.
Científica Titular del CSIC en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV).
Vasiliki.Mitsou@ific.uv.es 96 354 38 55
Enlace al artículo en arXiv: http://arxiv.org/abs/1604.06645
Imágenes:
Dipolos y monopolos magnéticos: https://cds.cern.ch/record/2157891 (Créditos: Daniel
Domínguez/CERN)
Imágenes del experimento MoEDAL: https://cds.cern.ch/record/2162912 (Créditos: Maximilien
Brice/CERN).
