Cortar um ímã pela metade produz dois ímãs, cada um com seu próprio pólo norte e sul. Esta aparente ausência de um pólo magnético isolado, ou "monopolo magnético, "intrigou os físicos por mais de um século. Pareceria perfeitamente natural a existência de um monopolo magnético; as equações de Maxwell refletiriam uma simetria completa entre eletricidade e magnetismo se partículas com carga magnética fossem observadas. Mas o mistério permanece:enquanto cada partícula conhecida é eletricamente carregado ou neutro, nenhum foi encontrado com carga magnética.

Em 1931, Paul Dirac propôs formalmente uma teoria para monopólos magnéticos, que podem ser produzidos em condições como as encontradas no LHC. Cientistas da ATLAS Collaboration do CERN desenvolveram uma técnica especializada para buscar evidências de tais partículas. De acordo com Dirac, monopólos magnéticos de carga magnética fundamental (1 g _D ) ionizam a matéria da mesma forma que um objeto de alta carga elétrica (HECO) faria. Grandes depósitos de energia, proporcional à carga ao quadrado, seria deixado para trás no detector ATLAS através do qual essas partículas viajaram.

Assim, a busca por monopólos magnéticos com essas características anda de mãos dadas com a busca por partículas estáveis ​​de muitas vezes (mais de 20) a carga do elétron. Os físicos do ATLAS selecionam eventos de colisão com características esperadas de HECOs ou monopólos magnéticos de dados coletados pelo detector de rastreamento ATLAS e sistemas de calorímetro para análise posterior. Esses eventos candidatos são identificados discriminando regiões com depósitos de energia grandes e estreitos no calorímetro e traços correspondentes de alta ionização no rastreador de radiação de transição.

A ATLAS Collaboration divulgou seus primeiros resultados da busca por monopólos magnéticos e HECOs em colisões próton-próton de 13 TeV. Dado que nenhuma evidência de monopólos magnéticos ou HECOs foi observada, restrições foram estabelecidas em partículas spin-0 e spin-½ assumindo o mecanismo de produção de par eletromagnético Drell-Yan.

A data, a pesquisa é o estudo mais sensível em monopólos magnéticos na faixa de 1 a 2 g _D carga magnética, superando os resultados do experimento MoEDAL dedicado, que, no entanto, testa um intervalo maior. O estudo também melhora, por aproximadamente um fator de cinco, as restrições anteriores na produção direta de monopólos magnéticos com carga magnética de 1 g _D (Veja a figura). Além disso, é a primeira pesquisa para estudar HECOs com cargas maiores que 60 vezes a carga do elétron, ultrapassando assim os intervalos cobertos por estudos anteriores das Colaborações CMS e ATLAS.

O ATLAS provou mais uma vez ser um poderoso instrumento de estudo científico. Por meio de seus recursos de detecção de propósito geral, os físicos poderão continuar caçando partículas exóticas como o monopolo magnético.