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lustração de monopolos magnéticos (imagem ampliada) e um dipolo magnético (detalhe) (Imagem: CERN)
O experimento ATLAS impõe alguns dos limites mais rígidos até agora aos monopolos magnéticosOs ímãs, aqueles objetos do dia a dia que colocamos em nossas geladeiras, compartilham uma característica única: sempre têm um pólo norte e um pólo sul. Mesmo se você tentasse quebrar um ímã ao meio, os pólos não se separariam – você obteria apenas dois ímãs dipolo menores. Mas e se uma partícula pudesse ter um único pólo com carga magnética? Por mais de um século, os físicos têm procurado esses monopolos magnéticos. Um novo estudo da colaboração ATLAS no Large Hadron Collider ( LHC ) coloca novos limites a estas partículas hipotéticas, acrescentando novas pistas para a busca contínua.
Em 1931, o físico Paul Dirac provou que a existência de monopolos magnéticos seria consistente com a mecânica quântica e exigiria — como foi observado — a quantização da carga eléctrica. Na década de 1970, os monopolos magnéticos também foram previstos por novas teorias que tentavam unificar todas as forças fundamentais da natureza, inspirando o físico Joseph Polchinski a afirmar que a sua existência era “ uma das apostas mais seguras que se pode fazer sobre a física ainda não vista”. Os monopólos magnéticos podem ter estado presentes no Universo primitivo, mas diluídos a uma densidade imperceptivelmente pequena durante a fase inicial de expansão exponencial conhecida como inflação cósmica.
Os pesquisadores do experimento ATLAS estão procurando pares de monopolos magnéticos pontuais com massas de até cerca de 4 teraelétron-volts (TeV). Esses pares poderiam ser produzidos em colisões de 13 TeV entre prótons através de dois mecanismos diferentes: “ Drell-Yan”, em que um fóton virtual produzido nas colisões cria os monopolos magnéticos, ou “ fusão de fótons”, em que dois fótons virtuais irradiados por os prótons interagem para criar os monopolos magnéticos.
A estratégia de detecção da colaboração baseia-se na teoria de Dirac , que afirma que a magnitude da menor carga magnética ( g D ) é equivalente a 68,5 vezes a unidade fundamental de carga elétrica, a carga do elétron ( e ). Conseqüentemente, um monopolo magnético de carga 1 g D ionizaria a matéria de maneira semelhante a um objeto de alta carga elétrica (HECO). Quando uma partícula ioniza o material detector, o ATLAS regista a energia depositada, que é proporcional ao quadrado da partícula 'é cobrado. Conseqüentemente, os monopolos magnéticos ou HECOs deixariam grandes depósitos de energia ao longo de suas trajetórias no detector ATLAS. Como o detector ATLAS foi projetado para registrar partículas neutras e de baixa carga, a caracterização desses depósitos de alta energia é vital para a busca por monopolos e HECOs.
Em seu novo estudo , os pesquisadores do ATLAS vasculharam o conjunto completo de dados do experimento da 2ª execução do LHC (2015–2018) em busca de monopolos magnéticos e HECOs. A busca utilizou o rastreador de radiação de transição do detector e o calorímetro eletromagnético de argônio líquido finamente segmentado. O resultado coloca alguns dos limites mais rígidos até agora à taxa de produção de monopolos magnéticos.
A busca teve como alvo monopolos de carga magnética 1 g D e 2 g D e HECOs de carga elétrica 20 e , 40 e , 60 e , 80 e e 100 e , com massas entre 0,2 TeV e 4 TeV. Comparado com a pesquisa anterior do ATLAS , o novo resultado se beneficiou do conjunto de dados Run-2 maior e completo. Esta também foi a primeira análise ATLAS a considerar o mecanismo de produção de fusão de fótons.
Sem nenhuma evidência de monopolos magnéticos ou HECOs no conjunto de dados, os pesquisadores do ATLAS estabeleceram novos limites para a taxa de produção e massa de monopolos com carga magnética de 1 g D e 2 g D. ATLAS continua sendo o experimento com maior sensibilidade a monopolos nesta faixa de carga; o experimento menor do LHC, MoEDAL-MAPP, estudou anteriormente uma faixa de carga maior e também procurou monopolos com tamanho finito.
Os físicos do ATLAS continuarão sua busca para encontrar monopolos magnéticos e HECOs, refinando ainda mais suas técnicas de busca e desenvolvendo novas estratégias para estudar dados de Run-2 e Run-3.
Saiba mais no site da ATLAS .
Fonte:CERN / Publicação 15-09-2023
https://home.cern/news/news/physics/quest-curious-magnetic-monopole-continues
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
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