เว็บตรงแม่เหล็กที่มีขั้วเดียวยังคงให้นักฟิสิกส์ลื่น

เว็บตรงแม่เหล็กที่มีขั้วเดียวยังคงให้นักฟิสิกส์ลื่น

ดูเหมือนว่าขั้วแม่เหล็กจะแยกออกไม่ได้: ผ่าแม่เหล็กครึ่งหนึ่ง เว็บตรงแล้วคุณจะได้แม่เหล็กที่มีขนาดเล็กกว่า 2 อัน โดยแต่ละอันมีขั้วเหนือและใต้เป็นของตัวเอง แต่อนุภาคแม่เหล็กที่แปลกปลอมซึ่งดูถูกกฎนี้อาจซ่อนตัวอยู่โดยไม่มีใครตรวจพบ นักฟิสิกส์บางคนสงสัยการตามล่าหาอนุภาคสมมุติฐานเหล่านี้ซึ่งเรียกว่าโมโนโพลแม่เหล็ก ซึ่งมีขั้วเหนือหรือใต้เพียงขั้วเดียว ตอนนี้ นักวิจัยสองกลุ่มได้แยกมวลและลักษณะที่เป็นไปได้ของอนุภาคลง โดยใช้ข้อมูลจากเครื่องเร่งอนุภาคและซากของดาวฤกษ์

มีเหตุผลที่ดีที่จะสงสัยว่ามีแม่เหล็กโมโนโพลอยู่ที่นั่น

นักฟิสิกส์บางคนแนะนำ การมีอยู่ของอนุภาคจะอธิบายได้ว่าทำไมประจุไฟฟ้าจึงถูกวัดปริมาณ – เหตุใดจึงดูเหมือนว่าจะมาเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของประจุของอิเล็กตรอนแทนที่จะเป็นช่วงค่าต่อเนื่อง เป็นผลให้โมโนโพลแม่เหล็กเป็นที่นิยม เจมส์ พินโฟลด์ นักฟิสิกส์อนุภาคจากมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตาในเมืองเอดมันตัน ประเทศแคนาดา กล่าวว่า “หลายคนคิดว่าควรมีอยู่จริง

หากตรวจพบแม่เหล็กโมโนโพลเพียงตัวเดียว การค้นพบจะทำให้รากฐานของฟิสิกส์กลับคืนสู่สภาพเดิม สมการที่ควบคุมไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นภาพสะท้อนของกันและกัน แต่ปรากฏการณ์ทั้งสองนี้มีความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่ง โปรตอนและอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าบวกและลบ ตามลำดับ แต่ไม่มีอนุภาคใดที่มีประจุแม่เหล็ก โมโนโพลแม่เหล็กจะเป็นครั้งแรก และหากถูกค้นพบ ไฟฟ้าและแม่เหล็กในที่สุดจะเท่าเทียมกัน

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาโมโนโพลแม่เหล็กอย่างไร้ผล งานล่าสุดที่ Large Hadron Collider ซึ่งตั้งอยู่ที่ห้องทดลองฟิสิกส์อนุภาค CERN ในเจนีวา ได้ชุบชีวิตการค้นหาอีกครั้ง โมโนโพลแม่เหล็กอาจถูกผลิตขึ้นที่นั่นเมื่อโปรตอนชนเข้าด้วยกันด้วยพลังงานที่สูงเป็นประวัติการณ์ที่ 13 ล้านล้านอิเล็กตรอนโวลต์

น่าเสียดายที่การค้นหาล่าสุดโดย Pinfold และผู้ทำงานร่วมกันกับ Monopole 

และ Exotics Detector ที่ LHC หรือ MoEDAL (ออกเสียงว่า “เหรียญ”) ไม่พบ monopoles แม่เหล็กแม้จะวิเคราะห์ข้อมูลมากกว่าหกเท่าของโครงการก่อนหน้านี้ ถึงกระนั้น การวิจัยใหม่ได้กำหนดข้อจำกัดที่เข้มงวดที่สุดบางประการเกี่ยวกับความง่ายในการโต้ตอบของอนุภาคสมมุติกับสสาร การทำงานร่วมกันของ MoEDAL รายงานวันที่ 28 ธันวาคมที่ arXiv.org

เรื่องราวดำเนินต่อไปหลังจากภาพ

เสาแยก

แม่เหล็กที่รู้จักทั้งหมดมีทั้งขั้วเหนือและขั้วใต้ ดังแสดงในภาพที่แทรก โดยมีเส้นแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก อนุภาคสมมุติฐานที่เรียกว่าโมโนโพลแม่เหล็ก ซึ่งวาดไว้ในภาพประกอบที่กว้างขึ้น จะมีเพียงขั้วเหนือหรือใต้เท่านั้น

เซิร์น

โมโนโพลแม่เหล็กอาจอาศัยอยู่ที่สนามแม่เหล็กมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษและอุณหภูมิสูง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ โมโนโพลคู่หนึ่งอาจก่อตัวขึ้นเองตามธรรมชาติ สภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นนี้สามารถพบได้รอบดาวที่ตายแล้วชนิดพิเศษที่รู้จักกันในชื่อแมกนีตาร์ และหลังจากการชนกันของนิวเคลียสอะตอมหนักในเครื่องเร่งอนุภาค จากการศึกษาสองสถานการณ์นี้ นักฟิสิกส์ Arttu Rajantie และ Oliver Gould ทั้งคู่จาก Imperial College London ได้วางข้อจำกัดใหม่เกี่ยวกับมวลของ monopoles นักวิจัยรายงานใน จดหมายทบทวน ทางกายภาพ 15 ธันวาคม

ถ้าแม่เหล็กโมโนโพลมีมวลค่อนข้างเล็ก อนุภาคจะดูดกลืนความแรงของสนามแม่เหล็กของแมกนีตาร์ ข้อเท็จจริงดังกล่าวชี้ให้เห็นว่าอนุภาคต้องมีมวลมากกว่า 0.3 พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ – ประมาณหนึ่งในสามของมวลโปรตอน – นักวิจัยคำนวณ การประมาณนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติอื่นที่ไม่รู้จักของโมโนโพล ความแรงของประจุแม่เหล็กของพวกมัน อนุภาคมีประจุแม่เหล็กน้อยที่สุด ประจุแม่เหล็กที่มากกว่าค่าพื้นฐานนี้จะสอดคล้องกับมวลขั้นต่ำที่มากกว่า 0.3 พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์

สำหรับโมโนโพลที่มีประจุขั้นต่ำสองเท่า Rajantee และ Gould ระบุว่าโมโนโพลแม่เหล็กจะต้องมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนโวลต์ประมาณ 10 พันล้านโวลท์ โดยอาศัยข้อมูลจากการชนของนิวเคลียสตะกั่วในซูเปอร์โปรตอนซิงโครตรอน ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดเล็กที่ CERN การศึกษาการชนกันของนิวเคลียสตะกั่วใน LHC ที่คล้ายคลึงกันสามารถปรับปรุงการประมาณการนี้ได้ เนื่องจากพลังงานการชนที่สูงขึ้นของ LHC

ในขณะที่การทดลองอื่นๆ ได้กำหนดขีดจำกัดมวลโมโนโพลที่สูงกว่าการประมาณการใหม่ การวิเคราะห์เหล่านั้นอาศัยสมมติฐานทางทฤษฎีที่น่าสงสัย Rajantie กล่าว “ปัจจุบันเหล่านี้เป็นขอบเขตที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับมวลของโมโนโพลแม่เหล็กที่ไม่อาศัยสมมติฐาน” เกี่ยวกับวิธีการสร้างอนุภาค เขากล่าว

ผลลัพธ์ที่ได้ “น่าตื่นเต้นมาก” นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Kimball Milton จากมหาวิทยาลัยโอคลาโฮมาในนอร์แมนซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว แน่นอน เขาเสริมว่า “ไม่น่าตื่นเต้นเท่ากับว่ามีคนพบแม่เหล็กโมโนโพลจริงๆ”

แม้ว่าโมโนโพลจะมีอยู่จริง แต่อนุภาคก็อาจหนักมากจนไม่สามารถผลิตโดยเครื่องเร่งความเร็วหรือกระบวนการของจักรวาลได้ ขั้วแม่เหล็กขั้วเดียวในจักรวาลอาจเป็นเศษของบิกแบง อนาคตของ MoEDAL ซึ่งตั้งอยู่บนยอดเขาแทนที่จะอยู่ในถ้ำของเครื่องเร่งความเร็ว สามารถมองหาขั้วแม่เหล็กแบบแม่เหล็กที่โปรยลงมาจากอวกาศจากอวกาศได้ Pinfold กล่าวเว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง