Физики определили минимальную массу магнитных монополей

Ученые установили новую нижнюю границу на массу гипотетических магнитных монополей. Эту не входящую в Стандартную модель элементарную частицу теоретики нередко рассматривают в рамках более общих теорий, а ее существование должно влиять на многие процессы в микромире, астрофизике и космологии, например, приводить к распаду протона. Статья с новым анализом опубликована в журнале Physical Review Letters.

Если разделить обычный магнит пополам, то получится два магнита, у каждого из которых есть и южный, и северный полюс. Классическая теория электродинамики запрещает существование отдельных магнитных зарядов — монополей. Однако во многих современных теориях, в том числе из класса теорий великого объединения, пытающихся построить единую концепцию для электромагнитного, слабого и сильного ядерных взаимодействий, существование магнитных монополей предполагается. Ученые уже могли наблюдать напоминающие монополи квазичастицы в конденсированных средах, но это были не элементарные частицы, а проявление коллективного взаимодействия обычных ядер и электронов.

Одной из возможных причин того, что эти частицы ранее никто не наблюдал, может быть их большая масса, которая не позволяет эффективно получать их на современных ускорителях. В новой работе Оливер Гулд и Артту Раджанти из Имперского колледжа Лондона определяют новые нижние границы массы монополя на основе двух подходов. В первом анализе они изучили собранные в CERN данные по столкновениям частиц и сравнили их с теоретическими оценками вероятность рождения пар монополей в таких процессах. Оказалось, что монополи с двукратным теоретическим минимальным магнитным зарядом — наименьшем значением, к которому чувствительны современные ускорители, — должны обладать массой не менее 9 ГэВ.

Другая оценка была получена на основе астрофизических данных о темпах распада магнитного поля нейтронных звезд, так как он может быть связан с гипотетическим наличием монополей в ядрах этих звездных останков. В этому случае полученная оценка массы для монополя с зарядом вдвое больше минимального составила 0,7 ГэВ. Для монополей с такими параметрами полученные оценки оказались более строгими, чем получаемые на основе космологических данных.