Ahli fizik telah lama mengesyaki kewujudan monopol magnetik - zarah yang mempunyai sama ada kutub utara atau selatan tanpa rakan sejawatannya. Walaupun monopol yang sukar difahami ini masih belum ditemui, data baharu daripada Large Hadron Collider (LHC) telah membenarkan penyelidik untuk mengecilkan kemungkinan ruang tenaga di mana monopol magnet mungkin berada.
Konsep monopol magnet pada asalnya dicadangkan oleh ahli fizik Paul Dirac. Beliau mencadangkan bahawa kehadiran monopol magnetik akan konsisten dengan mekanik kuantum dan boleh menerangkan ciri-ciri cas tertentu yang tidak dapat dijelaskan. Menurut teori Dirac, cas magnet terkecil yang mungkin untuk monopol tunggal ialah 68.5 kali cas pada elektron, dengan monopol yang lebih besar adalah gandaan daripada itu.
Pada tahun 1970-an, pencarian monopol magnet mendapat momentum kerana ia menjadi ujian utama untuk teori yang bertujuan untuk menyatukan relativiti am dan mekanik kuantum. Walaupun laporan mengenai penemuan monopol magnet kadang-kadang muncul, ia sering ditarik balik atau kes salah lapor.
Kerjasama ATLAS di CERN, menggunakan data daripada LHC, telah mengenal pasti dua kemungkinan mekanisme yang mana perlanggaran tenaga tinggi antara proton boleh menghasilkan monopol magnetik dengan jisim sehingga 4 TeV. Kedua-dua mekanisme melibatkan pembebasan foton maya oleh proton. Dalam satu senario, foton maya mencipta monopol magnet dengan sendirinya, dan dalam satu lagi, dua foton berinteraksi untuk mencipta monopol. Mana-mana senario ini akan memulihkan simetri dwi magnet elektrik yang rosak dalam persamaan Maxwell.
ATLAS sedang mencari bukti monopol magnetik dengan mencari deposit caj pada pengesan mereka. Memandangkan monopole akan membawa cas yang jauh lebih besar daripada elektron, depositnya harus menonjol daripada zarah subatom yang lain.
Walaupun ATLAS masih belum menemui bukti langsung monopol magnetik, analisis mereka terhadap data LHC dari 2015-2018 telah membolehkan mereka mengecilkan kemungkinan jisim dan kadar pengeluaran untuk monopol terkecil dengan faktor tiga.
Walaupun ia mungkin kelihatan seperti pencarian yang tidak berkesudahan, komuniti fizik percaya akan kepentingan mencari monopol magnetik. Bukan sahaja penemuan mereka akan mengesahkan teori yang meramalkan kewujudan mereka, tetapi jisim monopol ini juga boleh membezakan antara teori yang bersaing.
Kertas penyelidikan yang membincangkan penemuan ini telah diserahkan kepada Journal of High Energy Physics dan tersedia sebagai pracetak di ArXiv.org.
Sumber:
– Phys.org
– CERN (kerjasama ATLAS)
– Jurnal Fizik Tenaga Tinggi (pracetak)