Un nouvel article publié aujourd’hui dans la revue JHEP révèle que le détecteur MoEDAL auprès du LHC (Monopole & Exotics Detector at the LHC) a circonscrit plus précisément le territoire où pourrait se trouver une particule hypothétique : le monopôle magnétique.
Depuis quelques décennies, des expériences menées auprès d’accélérateurs, entre autres auprès du Grand collisionneur de hadrons du CERN, cherchent des indices de l’existence des monopôles magnétiques. Ces particules, prédites pour la première fois par le physicien Paul Dirac dans les années 1930, n’ont encore jamais été observées.
« MoEDAL célèbre aujourd’hui la publication de ses premiers résultats de physique, et rejoint ainsi les autres expériences LHC dans leur quête de découvertes », explique James Pinfold, porte-parole de l’expérience MoEDAL.
L’article publié aujourd’hui se base sur l’analyse de données enregistrées pendant la première période d’exploitation du LHC, quand la station de piégeage était encore au stade de prototype. Même si aucun indice de monopôles piégés n’a été détecté, les résultats ont permis à la collaboration MoEDAL de fixer de nouvelles limites pour leur masse, en suivant l’hypothèse d’un mode de production simple de ces particules hypothétiques.
Qu’est-ce qu’un monopôle magnétique ?
Tout comme l’électricité a deux charges, une positive et une négative, le magnétisme a deux pôles, nord et sud. La différence est que, s’il est facile d’isoler une charge électrique positive ou négative, personne n’a jamais vu une charge magnétique solitaire, c’est-à-dire un monopôle. Si vous prenez un barreau aimanté et que vous le coupez en deux, vous obtenez deux barreaux aimantés plus petits, ayant chacun un pôle nord et un pôle sud. La théorie semble cependant indiquer que le magnétisme pourrait aussi être une propriété de certaines particules élémentaires. Ainsi, de même que les électrons ont une charge électrique négative et les protons une charge positive, les monopôles magnétiques pourraient, en théorie, avoir un pôle nord ou un pôle sud.
On estime que les monopôles, s’ils existent, sont très massifs. Vu l’énergie sans précédent des collisions produites par le LHC, les physiciens pourraient parvenir à observer ces particules, à condition qu’elles soient suffisamment légères pour être à la portée du LHC. Des interactions photon-photon de haute énergie, par exemple, pourraient produire des paires de monopôles nord et sud. Les monopôles pourraient laisser des traces du fait de leur charge magnétique ou de leur très haut pouvoir ionisant, que l’on estime environ 4 700 fois plus élevé que celui des protons. L’expérience MoEDAL auprès du LHC est conçue spécifiquement pour rechercher ces effets.
Comment fonctionne MoEDAL ?
MoEDAL est constitué d’un détecteur en grande partie passif, installé à proximité de l’expérience LHCb. Étant donné que les monopôles sont censés être hautement ionisants, ils laisseraient des traces dans des détecteurs en plastique (NTD), examinés ensuite au microscope. Les monopôles perdraient également leur énergie très rapidement et ils pourraient donc être ralentis par un autre dispositif, constitué de détecteurs d’aluminium d’un poids de 0,8 tonne, qui agit comme un piège. Un monopôle piégé signalerait sa présence après coup, lors du « balayage » des détecteurs par un magnétomètre, dont le but est de déceler une charge magnétique. En outre, MoEDAL comprend un système de détecteurs à pixels en silicone TimePix, utilisé pour surveiller l’environnement de l’expérience en temps réel.
Les résultats publiés aujourd’hui donnent une idée claire de la puissance du détecteur MoEDAL lorsque le LHC fournit des données à une énergie plus élevée. La collaboration MoEDAL travaille maintenant activement à l’analyse des données obtenues en 2015 avec le détecteur complet – y compris les détecteurs de traces NTD et les stations de piégeage – avec la perspective captivante d’éventuelles découvertes de physique révolutionnaires selon plusieurs scénarios de nouvelle physique.