MoEDAL實驗
MoEDAL（Monopole and Exotics Detector at the LHC），即大型強子對撞機單極子和奇異粒子探測器，是位於大型強子對撞機（LHC）的粒子物理學實驗。
實驗概況
MoEDAL與LHCb共用8號交互點（Interaction Point 8，簡稱Point 8、IP8或P8）的實驗洞穴，位於法國安省的費內-伏爾泰，緊鄰瑞士日內瓦州梅蘭邊境。其主要目標是直接搜尋磁單極子[1][2][3]或雙荷子，以及其他高度電離的穩定大質量粒子（SMPs）和贗穩定大質量粒子（pseudo-SMPs）。
探測方法
MoEDAL主要採用兩種探測方法：核徑跡探測器和鋁製的磁單極捕獲裝置。[4]
- 核徑跡探測器：在交互點周圍佈置了約10平方公尺的核徑跡探測器。這些探測器會因高度電離粒子（如磁單極子或高度帶電粒子）的通過而產生特徵性損傷。
- 鋁製捕獲裝置：在交互點周圍放置了約800公斤的鋁條，用於捕獲穩定大質量粒子以供後續研究。這些鋁條藉由超導量子干涉儀（SQUID）磁力計進行檢測，以靈敏地探測磁單極子的存在。
研究進展
作為LHC的第七個實驗，MoEDAL於2010年5月獲得歐洲核子研究中心（CERN）研究委員會的批准，並於2011年1月開始首次試驗部署。[5]
2012年，MoEDAL的精度超越了同類實驗。2015年，實驗安裝了新的探測器，[6]但截至2017年，該實驗仍未發現任何磁單極子，只給出了磁單極子新的產生截面上限值與其各自對應之質量下限值。[7]
2021年，MoEDAL團隊進行了史上首次使用粒子加速器進行雙荷子的搜尋分析。雖然他們尚未找到任何雙荷子存在的跡象，但他們基於以Drell-Yan過程成對產生雙荷子-反雙荷子對的假設，給出其在不同電荷、磁荷和自旋的情景各自對應之產生截面上限值和質量下限值（各自落在870–3120 GeV的區間，95%信心水準）。[8]
2022年，研究團隊試著搜尋以施溫格效應產生的磁單極子。[9]雖然他們仍舊未能觀測到磁單極子存在的跡象，但也為其質量給出了直接的下限值。[10]
參與機構
MoEDAL是個國際研究合作團隊，其發言人為艾伯塔大學的詹姆斯·平弗德（James Pinfold）教授。該團隊的成員來自多個國家的眾多研究機構。參與機構包括[11]：
- 加拿大：艾伯塔大學、不列顛哥倫比亞大學、協和大學
- 美國：阿拉巴馬大學、塔夫茨大學、維吉尼亞大學
- 英國：帝國理工學院、倫敦國王學院、倫敦瑪麗女王大學、軌跡分析系統有限公司（Track Analysis Systems Ltd）
- 義大利：博洛尼亞大學、義大利國家核物理研究所、國際理論物理中心
- 瑞士：歐洲核子研究中心
- 捷克：布拉格捷克理工大學
- 芬蘭：赫爾辛基大學
- 韓國：西江大學
- 阿爾及利亞：阿爾及爾天文台
- 羅馬尼亞：羅馬尼亞太空科學研究所
- 西班牙：西班牙粒子物理研究所
參考資料
- ^ Patrizii, Laura; Zouleikha, Sahnoun; Togo, Vincent. Searches for cosmic magnetic monopoles: past, present and future. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2019, 337 (2161): 20180328. PMID 31707955. doi:10.1098/rsta.2018.0328.
- ^ Milton, Kimball A. Theoretical and experimental status of magnetic monopoles. Rep. Prog. Phys. 2006, 69 (6): 1637–1712. arXiv:hep-ex/0602040
. doi:10.1088/0034-4885/69/6/R02.
- ^ Giacomelli, G. Magnetic monopoles. Rivista del Nuovo Cimento. 1984, 7 (12): 1–111. Bibcode:1984NCimR...7l...1G. S2CID 18553203. arXiv:hep-ex/0002032 . doi:10.1007/BF02724347.
- ^ Acharya, B.; et al. Search for Highly-Ionizing Particles in pp Collisions During LHC Run-2 Using the Full MoEDAL Detector. (MoEDAL Collaboration). 2023. arXiv:2311.06509 .
- ^ Pinfold, J. MoEDAL becomes the LHC's magnificent seventh. CERN Courrier. 5 May 2010 [2024-07-23]. （原始內容存檔於2011-11-03）.
- ^ Acharya, B.; et al. (MoEDAL Collaboration). Search for magnetic monopoles with the MoEDAL prototype trapping detector in 8 TeV proton-proton collisions at the LHC. Journal of High Energy Physics. 2016, 2016 (8): 67. Bibcode:2016JHEP...08..067A. S2CID 5209935. arXiv:1604.06645 . doi:10.1007/JHEP08(2016)067.
- ^ Acharya, B.; et al. (MoEDAL Collaboration). Search for Magnetic Monopoles with the MoEDAL Forward Trapping Detector in 13 TeV Proton-Proton Collisions at the LHC. Physical Review Letters. 2017, 118 (6): 061801. Bibcode:2017PhRvL.118f1801A. PMID 28234515. doi:10.1103/PhysRevLett.118.061801 . hdl:10138/178854 .
- ^ Acharya, B.; et al. (MoEDAL Collaboration). First Search for Dyons with the Full MoEDAL Trapping Detector in 13 TeV 𝑝𝑝 Collisions. Physical Review Letters. 2021, 126 (7): 071801. arXiv:2002.00861 . doi:10.1103/PhysRevLett.126.071801.
- ^ MoEDAL bags a first. CERN. [2024-07-23]. （原始內容存檔於2024-07-26） （英語）.
- ^ Acharya, B.; et al. (MoEDAL Collaboration). Search for magnetic monopoles produced via the Schwinger mechanism. Nature. 2022, 602 (7895): 63–67. PMID 35110756. arXiv:2106.11933 . doi:10.1038/s41586-021-04298-1.
- ^ Collaboration. MoEDAL. [2024-07-28]. （原始內容存檔於2024-07-28） （英語）.
