Опубликованы первые результаты эксперимента MoEDAL

Гипотетический магнитный монополь — частица, которую способен зарегистрировать детектор MoEDAL. Изображение с сайта home.cern

Эксперимент MoEDAL — это один из «скромняг» Большого адронного коллайдера. В отличие от исполинских детекторов большой четверки, он представляет из себя простую и недорогую установку, предназначенную для узкого круга научных задач — однако их он способен решать лучше других детекторов.

MoEDAL ищет гипотетические тяжелые стабильные высокоионизирующие частицы. Это могут быть экзотические частицы с электрическим зарядом, многократно превышающим заряд электрона, либо магнитные монополи (монополь при пролете сквозь вещество разбрасывает вокруг себя электроны и оставляет ионизационный след, словно частица с зарядом в десятки элементарных зарядов). И те, и другие, конечно, гипотетические частицы; нет никакой гарантии, что они существуют. Однако если хоть одна такая частица будет достоверно поймана, это резко изменит развитие физики элементарных частиц. Подробнее о научной программе MoEDAL можно узнать из публикации The Physics Programme Of The MoEDAL Experiment At The LHC.

В отличие от других детекторов, которые следят за рождающимися частицами в реальном времени, MoEDAL использует пассивное наблюдение. Он просто накапливает сигнал от высокоионизирующих частиц, которые могут рождаться на коллайдере и пролетать сквозь детектор или даже застревать в нем. После сеанса работы чувствительные пластины снимают, изучают под микроскопом или сканируют в магнитометре в поиске застрявших там монополей. Пассивная методика означает, что эксперимент не сковывают никакие посторонние критерии отбора событий. В обычном детекторе, если монополь родится и оставит ионизационный след, триггер (система отбора событий) может посчитать событие недостаточно интересным и выбросит его. MoEDAL свободен от такого произвола. Есть и другие причины, почему такая простая установка будет дополнять возможности обычных детекторов.

Первый полноценный сеанс работы MoEDAL прошел с сентября по декабрь 2012 года на энергии столкновений 8 ТэВ и соответствовал светимости 0,75 fb−1. По окончании сеанса детектор был снят, разрезан на 606 образцов, каждый из которых был изучен отдельно. Параллельно с этим проводилось моделирование того, как искомые частицы могли бы рождаться и пролетать сквозь детектор. Эта работа завершилась совсем недавно. Препринт с первым научным результатом коллаборации (Search for magnetic monopoles with the MoEDAL prototype trapping detector in 8 TeV proton-proton collisions at the LHC) появился в апреле, а на днях статья была опубликована в журнале JHEP. На сайте ЦЕРНа событие было отмечено отдельным пресс-релизом.

Результат поиска оказался отрицательным. Никакого сигнала ни от пролетевших сквозь детектор высокоионизирующих частиц, ни от застрявших в нем монополей обнаружено не было. Это позволило установить ограничение сверху на сечение рождения пар монополей в столкновении протонов на LHC. В зависимости от величины (магнитного) заряда и массы (а она сканировалась в области от 100 ГэВ до 3,5 ТэВ) ограничение на сечение составило от десятков фемтобарн до десятков пикобарн. Этот первый результат MoEDAL уже сравним с более ранним анализом ATLAS и отчасти превосходит его.

В заключение — любопытный момент. Мы недавно писали про проект нового эксперимента для Большого адронного коллайдера. Этот детектор должен стоять поодаль от места встречи пучков в детекторе CMS и ловить слабоионизирующие частицы. MoEDAL, наоборот, ловит частицы с аномально большой ионизирующей способностью. Так что в некоторым смысле эти два эксперимента будут антиподами друг друга.