Alla kända elementarpartiklar har elektriska laddningar som är heltalsmultiplar av en tredjedel av elektronladdningen. Men vissa teorier förutspår existensen av "milliladdade" elementarpartiklar som skulle ha en laddning som är mycket mindre än elektronladdningen och som kan stå för den svårfångade mörka materia som fyller universum. Ett internationellt team av forskare har nu rapporterat om den första sökningen vid Large Hadron Collider (LHC) – och mer allmänt vid alla hadronkolliderar – efter elementarpartiklar med laddningar som är mindre än en tiondel av elektronladdningen.

Många tidigare studier har försökt och misslyckats med att hitta milliladdade partiklar, både direkt, vid kolliderande och icke-kolliderande experiment, och indirekt, med hjälp av astronomiska observationer. Men milliladdade partiklar med massor mellan cirka 1 miljard elektronvolt (GeV) och 100 GeV förblir i stort sett outforskade på grund av bristen på känslighet hos strömdetektorer för sådana partiklar.

Det är här en föreslagen detektor som heter milliQan kan göra skillnad. Detektorn skulle vara känslig för 1–100 GeV milliladdade partiklar som produceras i proton-protonkollisioner vid LHC, genom ljusblixten som skapas i dess inre genom passagen av en sådan partikel. Detektorn har ännu inte godkänts, och om det godkänns byggs det, men en demonstratordetektor som bara är 1 % av hela detektorn och installerades på LHC 2017 och samlade in data 2018 har nu gett lovande resultat.

Data som tagits av milliQan-demonstranten utesluter förekomsten av milliladdade partiklar med massor mellan 20 och 4700 MeV för laddningar som varierar mellan 0,006 och 0,3 gånger elektronladdningen, beroende på massan. Resultaten överensstämmer med de som tidigare erhållits genom andra experiment och representerar en hadronkolliderers första satsning på partiklars territorium med en laddning som är mindre än 0,1 gånger elektronladdningen.

"Vi är mycket nöjda med dessa resultat från demonstratorn. Den har verkligen uppnått det ursprungliga målet att ge feedback på vår design och ge oss erfarenhet av dess drift, men att visa att vi redan med en prototyp på 1 % kunde sätta nya begränsningar på egenskaperna hos milliladdade partiklar var en trevlig bonus. Vi är nu ganska säkra på att den fullskaliga milliQan-detektorn kommer att fungera som förväntat, och vi ser fram emot att säkra finansieringen för att få detta att hända, " säger Chris Hill, medtalesman för milliQan-samarbetet.