Een wat obscuurder experiment dat in de LHC exotische deeltjes probeert te vangen, heeft zijn eerste resultaten gepubliceerd.
Langs de 27 kilometer lange, cirkelvormige tunnel van deeltjesversneller LHC staan vier grote experimenten opgesteld: ATLAS, CMS, ALICE en LHCb. Allemaal experimenten die tonnen zwaar zijn en waar honderden, zo niet duizenden wetenschappers aan werken.
Maar in de ondergrondse ruimte waar LHCb zich bevindt, staat ook een veel bescheidener experiment, dat je zomaar zou kunnen aanzien voor een paar archiefkasten en wat verspreide dozen met tl-buizen: MoEDAL. Daarmee wordt gezocht naar exotische deeltjes, en dan met name naar de zogenoemde magnetische monopolen. En dat experiment heeft nu eindelijk zijn eerste resultaten in een wetenschappelijk tijdschrift zien verschijnen.
Maar één pool
Magnetische monopolen zijn deeltjes die alleen een noord- of zuidpool van een magneet vormen. In het dagelijks leven kennen we zoiets niet. Als je namelijk een magneet met een noord- en een zuidpool in tweeën breekt, krijgt elke helft zijn eigen noord- en zuidpool. Maar, zo bedacht de Britse natuurkundige Paul Dirac in 1931, er zouden ook elementaire deeltjes kunnen zijn die maar één magnetische pool bevatten: magnetische monopolen.
Vooralsnog zijn die monopolen nooit in de natuur gezien; er zijn alleen deeltjes in het lab geconstrueerd die zich gedrágen als een monopool. Maar het experiment MoEDAL hoopt daar verandering in te brengen. Of, wie weet, andere exotische deeltjes te vinden die op vergelijkbare manieren te detecteren zijn.
Aluminium staven
MoEDAL is een vrij simpele opstelling. In de buurt van het LHCb-experiment (waar LHC-deeltjes op elkaar botsen en dus monopolen kunnen ontstaan) bevinden zich allereerst een aantal kasten met daarin een soort enveloppen, elk gevuld met een stapel plastic vellen. Boort een monopool zich door zo’n stapel vellen heen, dan ontstaan in die vellen beschadigingen. Met een chemisch bad kunnen die beschadigingen vervolgens aan het licht worden gebracht.
Een deel van het MoEDAL-experiment. De kasten bevatten enveloppen met plastic vellen waarin exotische deeltjes sporen achter kunnen laten als ze erdoorheen vliegen.
Maar MoEDAL heeft ook een tweede strategie, die zo mogelijk nog eenvoudiger klinkt. In de buurt van LHCb ligt een aantal dozen, gevuld met aluminium staven. In dat aluminium kunnen magnetische monopolen blijven steken. Dus als je die staven een tijdlang in de LHC hebt laten liggen, kun je ze vervolgens doorlichten in het lab om te zien of je misschien een monopool hebt gevangen, die bij een deeltjesbotsing in de versneller is ontstaan.
Vals alarm
Van die tweede strategie zijn nu de eerste resultaten gepubliceerd. Het gaat daarbij om een prototype van MoEDAL dat al in het najaar van 2012 een poging deed om monopolen en andere exotische deeltjes te vangen. In september 2013 werden de aluminium staven vervolgens in Zurich onderzocht met een magnetometer. En nu, een kleine drie jaar later, verschijnt er dan eindelijk een wetenschappelijk artikel over die metingen.
Daarin staat wat je zou verwachten (anders had het resultaat wel meer ruchtbaarheid gekregen): geen van de aluminium samples bleek een magnetische monopool te bevatten. Sommige van de staven gaven in eerste instantie wel een signaal, maar dat bleek in alle gevallen vals alarm te zijn.
Relatief licht of bizar zwaar?
Het feit dat MoEDAL nog niets heeft gevonden, zegt helaas niet zo heel veel over het wel of niet bestaan van magnetische monopolen. We weten namelijk niet hoeveel monopolen wegen, áls ze bestaan: ze kunnen relatief licht tot bizar zwaar zijn. Het resultaat van MoEDAL legt nu meer beperkingen op aan de lichtst mogelijke monopolen, maar dat is allesbehalve het einde van de zoektocht.
Momenteel werkt het MoEDAL-team aan de analyse van een grotere versie van hun experiment, die in 2015 in de LHC stond. Toegegeven, de kans dat ze daarmee wel een magnetische monopool hebben gevangen, lijkt klein. Maar áls het team een keer beet heeft, is dat wel gelijk een Nobelprijswaardige ontdekking. En dat zou niet gek zijn voor een kast vol enveloppen en een berg aluminium staven.
Bronnen: Journal of High Energy Physics, ArXiv.org, CERN
Beeld: Daniel Domniguez/CERN (header), Maximilien Brice/CERN (foto)