Si vous cassez un aimant en deux, aussi petit soit-il, vous obtiendrez deux aimants ayant chacun un pôle nord et un pôle sud, de nature magnétique opposée. Certaines théories prévoient toutefois l'existence de particules avec un pôle magnétique isolé, qui porterait une charge magnétique analogue à une charge électrique positive ou négative. En dépit des nombreuses recherches, de tels monopôles magnétiques n'ont jamais été détectés dans les collisionneurs de particules. Au CERN, de nouvelles recherches, menées par la collaboration ATLAS, ont défini les limites les plus étroites à ce jour sur le taux de production de ces particules hypothétiques. Ces résultats viennent compléter ceux de l'expérience MoEDAL du CERN, conçue spécialement pour détecter les monopôles magnétiques.
Initialement proposés en 1931 par le physicien Paul Dirac, les monopôles magnétiques sont désormais associés aux théories dites de grande unification (GUT, pour Grand Unified Theory) de la physique des particules, qui regroupent les forces fondamentales à hautes énergies en une seule force. D'après ces théories, les monopôles sont généralement trop massifs pour être détectés dans des collisionneurs de particules. Cependant, certaines extensions du Modèle standard postulent l'existence de monopôles dont la masse se trouverait dans une gamme accessible aux collisionneurs.
Les dernières recherches d'ATLAS s'appuient sur des données issues de collisions proton-proton produites au LHC à une énergie de 13 TeV. La collaboration a parcouru les données à la recherche de traces d'importants dépôts d'énergie, que les monopôles magnétiques auraient pu laisser dans le détecteur de particules d'ALTAS. Ces dépôts d'énergie seraient proportionnels au carré de la charge magnétique des monopôles. Ils pourraient également être la signature d'objets présentant des charges électriques élevées (HECO, high-electric-charge object), parmi lesquels pourraient figurer des mini-trous noirs. Les recherches sont donc aussi sensibles aux HECO.
L'équipe d'ATLAS n'a trouvé aucun indice de l'existence de monopôles magnétiques ou d'HECO dans les données récoltées, mais a amélioré les travaux précédents sur plusieurs points. Tout d'abord, les recherches ont précisé les limites du taux de production de monopôles portant une ou deux unités de charge magnétique fondamentale, nommées charges de Dirac. Ces nouvelles limites sont plus précises que celles établies par l'expérience MoEDAL, bien que cette dernière soit sensible à une gamme de charges magnétiques plus large, s'étendant jusqu'à cinq charges de Dirac, et qu'elle puisse étudier les monopôles produits par deux mécanismes, tandis qu'ATLAS n'en a étudié qu'un seul. Des scientifiques de MoEDAL s'attachent également à améliorer l'expérience afin qu'elle puisse étudier les monopôles portant des charges largement supérieures à cinq charges de Dirac.
En outre, les recherches d'ATLAS ont précisé les limites de production d'HECO ayant une charge électrique de 20 à 60 fois celle de l'électron. Enfin, ces travaux sont les premiers à sonder les HECO dont la charge est largement supérieure à 60 fois celle de l'électron, soit des charges plus élevées que celles étudiées précédemment par la collaboration ATLAS, mais aussi par la collaboration CMS.
Pour en savoir plus sur ces résultats, veuillez consulter le site web d'ATLAS (en anglais).