Genom att skära en magnet i hälften får du två magneter, var och en med sin egen nord- och sydpol. Denna uppenbara frånvaro av en isolerad magnetisk pol, eller "magnetisk monopol, "har förbryllat fysiker i mer än ett sekel. Det verkar helt naturligt att en magnetisk monopol existerar; Maxwells ekvationer skulle återspegla fullständig symmetri mellan elektricitet och magnetism om partiklar med magnetisk laddning observerades. Men mysteriet kvarstår:Medan varje känd partikel är antingen elektriskt laddad eller neutral, ingen har visat sig vara magnetiskt laddad.

År 1931, Paul Dirac föreslog formellt en teori för magnetiska monopoler, som kan produceras under förhållanden som de som finns på LHC. Forskare från ATLAS Collaboration vid CERN har utformat en specialiserad teknik för att söka efter bevis för sådana partiklar. Enligt Dirac, magnetiska monopoler med grundläggande magnetisk laddning (1 g _D ) jonisera materia på samma sätt som ett högelektriskt laddningsobjekt (HECO) skulle göra. Stora energiförekomster, proportionell mot laddningen i kvadrat, skulle lämnas kvar i ATLAS -detektorn genom vilken dessa partiklar färdades.

Således, en sökning efter magnetiska monopoler med dessa egenskaper går hand i hand med en sökning efter stabila partiklar med många gånger (mer än 20) laddning av elektronen. ATLAS -fysiker plockar ut kollisionshändelser med egenskaper som förväntas av HECO:er eller magnetiska monopoler från data som samlats in av ATLAS spårningsdetektor och kalorimetersystem för vidare analys. Dessa kandidathändelser identifieras av diskriminerande regioner med stora och smala energiavlagringar i kalorimetern och motsvarande spår av hög jonisering i övergångsstrålningsspåraren.

ATLAS Collaboration har släppt sina första resultat från sökandet efter magnetiska monopoler och HECO i 13 TeV-proton-protonkollisioner. Med tanke på att inga bevis på vare sig magnetiska monopoler eller HECO observerades, begränsningar fastställdes för spin-0 och spin-½ partiklar som antog Drell-Yan elektromagnetiska parproduktionsmekanism.

Hittills, sökningen är den mest känsliga studien om magnetiska monopoler i intervallet 1 till 2 g _D magnetisk laddning, överträffar resultaten av det dedikerade MoEDAL-experimentet, som ändå undersöker ett större intervall. Studien förbättrar också, med ungefär en faktor fem, de tidigare begränsningarna för direkt produktion av magnetiska monopoler med magnetisk laddning 1 g _D (se bild). Dessutom, det är den första sökningen för att studera HECOs med laddningar som är större än 60 gånger laddningen av elektronen, överskrider därmed de intervall som täcks av tidigare studier av CMS och ATLAS Collaborations.

ATLAS har återigen visat sig vara ett kraftfullt instrument för vetenskapliga studier. Genom dess generella detekteringsförmåga, fysiker kommer att kunna fortsätta jakten på exotiska partiklar som den magnetiska monopolen.