Magnetiska monopoler i universum färre än förväntat

2022-02-03

Uppsalaforskarna och IceCube-medlemmarna Alexander Burgman och Carlos de los Heros, har utifrån data från IceCube-teleskopet på Sydpolen sökt efter ett kosmiskt flöde av magnetiska monopoler med hastigheter nära ljusets. Men de har inte upptäckt några, vilket innebär att antalet monopoler i universum är färre än man tidigare trott.

Enligt nuvarande teorier som beskriver egenskaperna och växelverkan hos subatomära partiklar, såsom elektroner och protoner, kan de utöver att ha elektrisk laddning även ha en magnetisk. Dessa partiklar kallas för magnetiska monopoler och de borde ha skapats samtidigt med all annan materia under universums tidiga utveckling. Eftersom de förutsägs vara stabila skulle det flöde av dem som skapades i det unga universum genomsyra hela rymden än i dag. Men problemet är att de aldrig har upptäckts.

Cherenkovljus
Artistisk illustration av hur det skulle kunna se ut om magnetiska monopoler skulle detekteras i IceCube-teleskopet. Den blå färgen representerar det så kallade Cherenkovljus som laddade partiklar avger då de passerar IceCube-detektorn på motsvarande sätt som magnetiska monopoler skulle göra. Men en monopol skulle avge mycket starkare ljus. Bild: Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube.

Med hjälp av det gigantiska neutrinoteleskopet IceCube på Sydpolen, som framförallt används för att detektera neutriner, men även kan detektera magnetiska monopoler som passerar genom det, har Alexander Burgman och hans handledare Carlos de los Heros sökt efter ett kosmiskt flöde av magnetiska monopoler med hastigheter nära ljusets.

Forskarna har i sitt sökande analyserat åtta års data och använt sig av en teknik för maskininlärning för att kunna skilja potentiella monopoler från de mycket mer frekvent förekommande neutriner som IceCube hela tiden detekterar.

IceCube-laboratoriet
IceCube-laboratoriet på Sydpolen. Partiklar detekteras av 5000 ljussensorer i IceCube-teleskopet som är begravda mellan 1,5 och 2,5 kilometer under isen. Bild: Martin Wolf, IceCube/NSF.

Den datamängd som analyserats i mätningarna var mycket större och den mätmetod som använts med IceCube-teleskopet var mycket känsligare än i tidigare experiment. Men inga monopoler upptäcktes.

Resultaten från IceCube-mätningarna innebär att man sänkt den övre gränsen för antalet monopoler i universum med en faktor 10. Denna nya gräns för antalet magnetiska monopoler är världsledande och skulle motsvara att det i rymden finns färre än en monopol på en storlek motsvarande jordens volym.

Ytterligare dataanalyser under en längre tidsperiod kommer kunna ge än mer noggranna resultat för att avgöra antalet magnetiska monopoler i universum. I dagens modeller av det tidiga universum utgår man från att dessa finns. Om det skulle visa sig att de inte existerar kan grundläggande antaganden i vår förståelse av universums utveckling behöva omprövas.

Artikelreferens

R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration), Search for Relativistic Magnetic Monopoles with Eight Years of IceCube Data, Phys. Rev. Lett. 128, 051101. Publicerad 2 februari 2022, DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.051101

Läs mer

Resultaten har även omnämnts av American Physical Society på deras nyhetssida.

Kontakt

Carlos de los Heros, universitetslektor vid avdelningen för högenergifysik vid institutionen för fysik och astronomi, carlos.de-los-heros@physics.uu.se, tel. 018-471 3256

Camilla Thulin

Senast uppdaterad: 2022-07-18