یک تحقیق جدید نشان می‌دهد که در صورتی که تک قطبی‌های مغناطیسی وجود داشته باشند برای جرم آن‌ها حدهای محکمی برقرار است.

اگر یک آهنربا را به دو قسمت تقسیم کنید- هرچقدر هم که آهنربای اولیه کوچک باشد- هر بار دو آهنربا به دست می‌آورید که هرکدام یک قطب شمال و یک قطب جنوب دارد. اما برخی نظریه‌های فیزیک ذرات، وجود ذراتی‌ با تک قطبی مغناطیسی را پیش‌بینی می‌کنند. محققان مشابه چنین تک قطبی‌هایی را در سیستم‌های ماده چگال مشاهده کرده‌اند اما هنوز باید ذرات واقعی را گیر انداخته و جرمشان را اندازه‌گیری کنند. اکنون اولیور گود Oliver Gould و آرتو راجانتیه Arttu Rajantie از امپریال کالج لندن حد پایینی برای جرم این ذرات احتمالی یافته‌اند. 

این پژوهشگران دو حالت را در نظر گرفتند که در آن‌ها ممکن است، تک قطبی مغناطیسی به وجود بیاید: برخورد یو‌ن‌های سنگین و ستاره‌های نوترونی. در مورد اول، پژوهشگران احتمال (یا سطح مقطع) تولید یک جفت تک قطبی مغناطیسی با بار مغناطیسی و جرم معین در برخوردها را محاسبه کردند. آن‌ها سپس با مقایسه‌ی سطح مقطع محاسبه شده با حد بالای سطح مقطعی که در یک آزمایش در سرن به دست به آمده بود، به حد پایینی برای جرم تک قطبی دست یافتند. این محققان دریافتند که تک قطبی‌هایی با دو برابرِ کمترین بارٍ مغناطیسی نظری- کوچکترین باری که آزمایش به آن حساس بود- باید جرمی بیش از 9 Gev/c² داشته باشند.

این گروه پژوهشی، در مورد ستاره‌های نوترونی، محاسبه کرد که حضور تک قطبی‌ها درون ستاره چگونه بر آهنگ اتلاف انرژیِ میدان مغناطیسیِ آن ستاره اثر می‌گذارد. با ارتباط دادن یک تخمین رصدی از بیشینه میدان مغناطیسی ستاره‌های نوترونی به این محاسبه، پژوهشگران حد پایینِ 0.7 Gev/c² را برای جرم تک قطبی‌هایی با دو برابر بار مغناطیسیِ کمینه به دست آوردند. برای چنین تک قطبی‌هایی، حد برخوردی و حد ستاره‌ی نوترونی از حد موجود که با استفاده از داده‌های کیهان شناسی به دست آمده بود بالاتر هستند.

این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع

Minimum Mass of Magnetic Monopoles