MoEDAL實驗


大型強子對撞機
LHC 子實驗
ATLAS 超環面儀器
CMS 緊湊緲子線圈
LHCb LHCb
ALICE 大型離子對撞機實驗
TOTEM 全截面彈性散射偵測器
MoEDAL MoEDAL
LHCf LHCf（英语：LHCf experiment）
FASER FASER（英语：FASER experiment）
SND 散射和微中子偵測器（英语：Scattering and Neutrino Detector）
LHC 次級加速器
p and Pb 質子與鉛離子直線加速器
（未標記） 質子同步推進器
PS 質子同步加速器
SPS 超級質子同步加速器
地图
MoEDAL實驗所在位置

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。

位於LHC 8號交互點的MoEDAL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（英语：Stable massive particles）（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（英语：Solid-state nuclear track detector）和鋁製的磁單極捕獲裝置。[4]

  1. 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。
  2. 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（英语：James Pinfold）（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]：

參考資料

  1. ^ 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. 
  2. ^ Milton, Kimball A. Theoretical and experimental status of magnetic monopoles. Rep. Prog. Phys. 2006, 69 (6): 1637–1712. arXiv:hep-ex/0602040 可免费查阅. doi:10.1088/0034-4885/69/6/R02. 
  3. ^ Giacomelli, G. Magnetic monopoles. Rivista del Nuovo Cimento. 1984, 7 (12): 1–111. Bibcode:1984NCimR...7l...1G. S2CID 18553203. arXiv:hep-ex/0002032 可免费查阅. doi:10.1007/BF02724347. 
  4. ^ 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 可免费查阅. 
  5. ^ Pinfold, J. MoEDAL becomes the LHC's magnificent seventh. CERN Courrier. 5 May 2010 [2024-07-23]. （原始内容存档于2011-11-03）. 
  6. ^ 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 可免费查阅. doi:10.1007/JHEP08(2016)067. 
  7. ^ 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 可免费查阅. hdl:10138/178854 可免费查阅. 
  8. ^ 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 可免费查阅. doi:10.1103/PhysRevLett.126.071801. 
  9. ^ MoEDAL bags a first. CERN. [2024-07-23]. （原始内容存档于2024-07-26） （英语）. 
  10. ^ 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 可免费查阅. doi:10.1038/s41586-021-04298-1. 
  11. ^ Collaboration. MoEDAL. [2024-07-28]. （原始内容存档于2024-07-28） （英语）. 

外部連結

46°14′09″N 6°03′18″E / 46.235753°N 6.055092°E / 46.235753; 6.055092