MoEDAL實驗

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。 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）。 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。 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。 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。 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。 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，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。 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）。 2022年，研究團隊試著搜尋以施溫格效應產生的磁單極子。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。 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： 加拿大：艾伯塔大學、不列顛哥倫比亞大學、协和大学 美國：阿拉巴馬大學、塔夫茨大學、維吉尼亞大學 英國：帝國理工學院、倫敦國王學院、倫敦瑪麗女王大學、軌跡分析系統有限公司（Track Analysis Systems Ltd） 義大利：博洛尼亞大學、義大利國家核物理研究所、國際理論物理中心 瑞士：歐洲核子研究中心 捷克：布拉格捷克理工大學 芬蘭：赫爾辛基大學 韓國：西江大學 阿爾及利亞：阿爾及爾天文台 羅馬尼亞：羅馬尼亞太空科學研究所 西班牙：西班牙粒子物理研究所（英语：Instituto de Física Corpuscular） 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.  Milton, Kimball A. Theoretical and experimental status of magnetic monopoles. Rep. Prog. Phys. 2006, 69 (6): 1637–1712. arXiv:hep-ex/0602040 . doi:10.1088/0034-4885/69/6/R02.  Giacomelli, G. Magnetic monopoles. Rivista del Nuovo Cimento. 1984, 7 (12): 1–111. Bibcode:1984NCimR...7l...1G. S2CID 18553203. arXiv:hep-ex/0002032 . doi:10.1007/BF02724347.  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 .  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）.  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 . doi:10.1007/JHEP08(2016)067.  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 . hdl:10138/178854 .  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 . doi:10.1103/PhysRevLett.126.071801.  MoEDAL bags a first. CERN. [2024-07-23]. （原始内容存档于2024-07-26） （英语）.  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 . doi:10.1038/s41586-021-04298-1.  Collaboration. MoEDAL. [2024-07-28]. （原始内容存档于2024-07-28） （英语）.  MoEDAL官方網站 INSPIRE-HEP上的MoEDAL實驗論文 46°14′09″N 6°03′18″E﻿ / ﻿46.235753°N 6.055092°E﻿ / 46.235753; 6.055092