Luận văn Tìm kiếm đơn cực từ: cở sở lý thuyết và thực nghiệm

của hoặc . Một điểm nặng ảo 16Tgiống16T 16Tđơn cực16T 16Ttừ16T Dirac 16Tcó thể16T 16Ttái16T 16Tphân tán16T 16Tthành hai photon16T 16Ttrong 16T 16Ttrạng thái16T 16Tcuối cùng16T 16Tthông qua16T 16Tmột16T 16Tbiểu đồ16T 16Thộp16T 16Tđơn cực như hình 1.9. Hình 1.9: Biểu đồ Feynman tạo ra từ một vòng đơn cực ảo Minh họa này là một ví dụ của một biểu đồ Feynman, một đại diện của tương tác giữa các hạt dưới nguyên tử. Với các nguồn năng lượng cao thì thường là trường hợp mà một quark đơn (q) bên trong proton tán xạ với một antiquark đơn (q-bar) bên trong phản proton. Trên biểu đồ quark và antiquark được chỉ ra cùng với các proton và phản proton tương ứng. Theo kỳ vọng lý thuyết, tương tác này có thể xảy ra thông qua sự phát xạ "photon ảo" (photon tồn tại một cách giả tạo trong thời gian rất ngắn và không thể đo trực tiếp) lần lượt kết nối với một vòng đơn cực ảo (M). Kết quả cuối cùng của sơ đồ tương tác phát ra hai photon "thực sự" có thể được phát hiện trong phòng thí nghiệm. Các nhà vật lý ở Fermilab hiện đang tìm kiếm các dấu hiệu như vậy của các đơn cực. Theo lý thuyết này, một giới hạn thực nghiệm được đưa ra bởi nhóm cộng tác D0, theo đó giới hạn khối lượng đơn cực M: > 610 GeV đối với s = 0, > 870 GeV đối với s = 1/2 và > 1580 GeV đối với s = 1, s là Spin của đơn cực. Nếu biết được khối lượng đơn cực từ, chúng ta có thể sử dụng cơ chế Drell- Yan để xây dựng một thí nghiệm tối ưu. Nhưng thật không may khi có một biên độ rất lớn trong việc lựa chọn khối lượng đơn cực từ. Kết luận của Dirac chỉ tiên đoán tính chất điện từ của đơn cực từ nhưng không phải là tính chất vật lí. Do đó bất kì vùng khối lượng nào của đơn cực từ vẫn là mở. Bảng 1.1 liệt kê khối lượng đơn cực từ được dự đoán trong các mô hình lý thuyết khác nhau. Bảng 1.1: Bảng thống kê khối lượng đơn cực từ trong các mô hình lý thuyết khác nhau Mô hình lý thuyết Khối lượng giới hạn, GeV Bán kính electron = 2.4 g-2 muons > 240 High Pt > 610, s = 0 High Pt > 870, s = ½ High Pt > 1580, s=1 Z > 400 Electronwea k Superstring GUT 1.4.2 Phản ứng của đơn cực từ trong từ trường Đơn cực từ chuyển động trong từ trường sẽ đạt được mức năng lượng , với là từ tích, B là từ trường và là chiều dài của vùng từ trường. Trong một thiên hà gắn kết dài , đơn cực từ với có thể thu được năng lượng là GeV. Các đơn cực cổ điển có thể được gia tốc đến vận tốc tương đối trong các chùm tia vũ trụ. Đơn cực GUT sẽ phải có vận tốc thấp . Với các nam châm thí nghiệm hiện đại đơn cực từ có thể dễ dàng được gia tốc khi năng lượng đạt được đối với từ tích nhỏ nhất của các đơn cực từ là . Trong trường Solenoid, trái với các hạt mang tích phí thông thường di chuyển theo đường xoắn ốc và chuyển động trong mặt r- , các đơn cực từ chuyển động theo đường cong dạng hình Parapol trong mặt r-z. Do đó các máy dò tại các va chạm thường sử dụng trường Solenoid. 1.4.3 Phản ứng của đơn cực từ với vật chất • Phản ứng ion hóa Theo lý thuyết của Dirac thì đơn cực từ đứng yên gây ra từ trường, đơn cực từ chuyển động gây ra cả từ trường và điện trường. Điện trường của các đơn cực từ tác dụng lên các điện tích của môi trường sẽ gây ra sự ion hoá các nguyên tử của môi trường vật chất. Phép tính chi tiết chứng tỏ rằng khả năng ion hoá của các đơn cực từ mạnh hơn khả năng ion hoá của các điện tích khoảng 5000 lần. Phản ứng của đơn cực từ khi di chuyển bên trong vật chất phụ thuộc vào vận tốc của đơn cực, vận tốc càng lớn thì điện trường sinh ra càng lớn sự ion hóa càng mạnh. Đối với đơn cực nhanh có từ tích và vận tốc thì tác động trong vật chất tương ứng với tác động của môt hạt điện tích với điện tích tương tác là . Điều này nghĩa là năng lượng mất mát của đơn cực từ là rất lớn. Đối với đơn cực chậm ( ) có thể gây ra sự ion hóa hoặc kích thích các phân tử nguyên tử trung gian (mất mát năng lượng điện tử) hoặc dội ngược lại các nguyên tử hoặc phân tử (mất mát năng lượng nguyên tử hoặc hạt nhân). Sự mất mát năng lượng xảy ra nhiều hơn đối với . Nên trong các máy dò ion hóa sử dụng khí hiếm kết hợp với năng lượng mất mát để các nguyên tử đạt mức năng lượng thỏa thuận ( tác động Drell). Đối với đơn cực có tốc độ rất thấp các đơn cực từ không thể kích thích các nguyên tử. Chúng chỉ có thể mất năng lượng do các va chạm đàn hồi với các nguyên tử hoặc hạt nhân. Năng lượng được phóng thích ra môi trường trung gian dưới dạng dao động đàn hồi và hoặc bức xạ hồng ngoại. • Bị bẫy trong vật liệu sắt từ Các đơn cực có thể bị mắc kẹt trong các vật liệu sắt từ bởi một lực tưởng tượng có thể đạt đến giá trị . • Chất xúc tác của phân rã nucleon Sự tương tác của hạt nhân đơn cực GUT với một nucleon có thể dẫn đến phản ứng phân rã nucleon (xúc tác đơn cực của phân rã nucleon). . 1.5 Kĩ thuật tìm kiếm đơn cực từ Dựa vào các tính chất của đơn cực từ người ta đã xây dựng các kỹ thuật tìm kiếm khác nhau. Các máy dò được sử dụng để tìm kiếm đơn cực từ dựa vào sự cảm ứng và sự ion hóa. Có ba lạoi máy dò đơn cực cơ bản như sau [7]. 1.5.1 Máy dò cảm ứng siêu dẫn Phương pháp cảm ứng dựa trên tương tác điện từ tầm xa giữa từ tích và trạng thái vĩ mô của một vòng siêu dẫn. Một đơn cực từ khi di chuyển qua vòng dây siêu dẫn gây ra một độ biến thiên từ thông gửi qua vòng dây độc lập với vận tốc đơn cực, sinh ra một suất điện động cảm ứng và một dòng ( ) trong vòng dây. Nếu cuộn dây có N vòng và tính cảm ứng của nó là L, thì dòng , với là dòng biến đổi tương ứng với sự thay đổi của một đơn vị thông lượng lượng tử siêu dẫn. Một máy dò cảm ứng siêu dẫn bao gồm các cuộn dây phát hiện, được kết hợp với một SQUID (thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn) để khuếch đại dòng cảm ứng sinh ra trong cuộn dây phát hiện và đưa tín hiệu ra ngoài để phân tích. Loại máy dò này nhạy cảm với bất kỳ loại đơn cực từ nào và với bất kỳ loại vận tốc đơn cực từ nào. Hình 1.10: Sơ đồ máy dò siêu dẫn 21TDựa vào sự tương phản giữa dòng cảm ứng tạo ra bởi đơn cực từ và của lưỡng cực từ khi đi qua cuộn dây siêu dân mà chúng ta có thể phát hiện được đơn cực từ. Các đơn cực từ gây ra một từ trường, làm sinh ra một dòng điện liên tục khi chúng đi qua cuộn dây siêu dẫn. Trong khi đó lưỡng cực từ có thể được mô tả như một hệ thống gồm các từ tích bằng nhau về độ lớn nhưng trái dấu, triệt tiêu nhau do đó dòng do lưỡng cực từ sinh ra trở về không sau khi hoàn tất đường đi qua cuộn dây siêu dẫn. Hình 1.11: Dòng do đơn cực từ sinh ra (hình ở trên) và dòng do lưỡng cực từ sinh ra khi đi qua cuộn dây siêu dẫn (hình ở dưới) 1.5.2 Máy dò ion hóa Máy dò ion hóa được sử dụng để tìm kiếm đơn cực từ sử dụng kỹ thuật giảm kích thích. Một đơn cực từ chuyển động với vận tốc trong vật chất scintillating gây ra một tín hiệu cao hơn tín hiệu từ các hạt ion hóa thấp nhất. Với vận tốc có một hiệu ứng bão hòa và đối với ánh sáng sinh ra tăng lên vì nhiều tia sinh ra. Hình 1.12 sự mất mát năng lượng của đơn cực từ với một từ tích theo vận tốc trong chất lỏng hydrogen. Đường cong a) tương ứng với đơn cực đàn hồi- nguyên tử hydrogen tán xạ; đường cong b) tương ứng với tương tác ở mức băng qua và uốn cong c) mô tả sự giảm năng lượng ion hóa. Hình 1.12 : Sự mất mát năng lượng của đơn cực từ với từ tích trong chất lỏng hydrogen như một hàm theo Hinh 1.13 So sánh năng lượng mất mát của proton và đơn cực tại các giá trị tương đối cao trong không khí. Hình 1.13 . Năng lượng mất mát của các đơn cực và các proton trong không khí Hình 1.13 cho thấy sự tổn thất năng lượng của các đơn cực từ cao hơn nhiều bậc năng lượng so với proton. Do đó các vật chất khác nhau như nhũ tương, máy scintillation, máy dò khí và bất kì máy dò nào khác có thể đo được năng lượng mất mát của đơn cực khi chúng di chuyển trong các máy dò này bằng cách phân tích các dấu vết mà đơn cực từ để lại khi di chuyển qua đều có thể sử dụng như máy dò đơn cực từ. 1.5.3 Máy dò dấu vết hạt nhân (NTD) Hệ thống máy dò đơn cực từ tiếp theo là các máy dò dấu vết hạt nhân (NTD). NTD có thể ghi lại đường đi của các hạt ion nặng. Nguyên tắc của NTD dựa trên một thực tế là khi một hạt ion nặng di chuyển bên trong NTD nó để lại những khu thiệt hại có dạng hình trụ nhỏ xung quanh vĩ đạo mà nó đi qua. Các thiệt hại này phụ thuộc vào năng lượng bên trong khu vực hình trụ. Vùng giới hạn vùng thiệt hại là một hàm của giá trị tích Z và (với c là vận tốc ánh sáng trong chân không) của các hạt ion hóa cao bay đến. Hình 1.14: Sự phá vỡ các liên kết cao phân tử khi hạt tích bay qua Để có thể nhìn thấy rõ tất cả các dấu vết thiệt hại mà hạt ion hóa để lại trên tấm plastic, sau khi bị tấn công bởi các hạt ion hóa các tấm plastic thường được ngâm trong các chất ăn mòn để tăng kích thước các dấu vết lên. Để bề mặt máy dò plastic bị ăn mòn theo cách thức có kiểm soát người ta sử dụng chất ăn mòn như Natri hydroxide nóng (NAOH), khu thiệt hại được tiết lộ có dạng hình nón etch-pit. Diện tích và độ sâu của etch-pit là một hàm tăng theo Z/ của hạt. Hình dưới đây tóm tắt quá trình ăn mòn tạo thành các hình nón etch –pit tương ứng với thời gian ăn mòn đối với một số hạt tương đối thông thường. Hình 1.15: Nguyên tắc ăn mòn của các NTD. Hình 1.15 a) là đường đi của hạt trong NTD. Hạt chuyển động tạo ra một vùng giới hạn thiệt hại trên quỹ đạo với bán kính Trong hình b) và c) là kết quả của sự ăn mòn phụ thuộc vào Z/ của hạt chuyển động hình b) hai nón etch-pit được hình thành trên hai mặt của tấm plastic; hình c) vết khắc được nối dài thêm làm cho hai nón etch-pit nối liền với nhau tạo thành một cái lỗ. Có thể đo lường chính xác Z/ của hạt ra các giá trị Z/ lớn, điều này được chỉ ra ở hình 1.16. Hình 1.16 . So sánh thiệt hại của hạt rất thấp và cao trong NTD Hình 1.17 . Ảnh quét hiển vi điện tử các etch-pit tạo bởi các ions Fe 26 keV/u với Các NTD nhạy hơn với năng lượng tích tụ trong quầng sáng của các tia do bức xạ dập tắt trong vùng lõi dày đặc gần một vĩ đạo đơn cực. Các NTD sau khi bị khắc được quét qua kính hiển vi điện tử. Có những dấu hiệu đặc biệt trên các NTD cho phép xác định vị trí lỗ chính xác ít hơn 100 trong nhiều lớp NTD được dùng trong thực nghiệm. Đơn cực từ là những hạt ion hóa rất mạnh do đó những dấu vết mà nó để lại trên các tấm NTD sẽ lớn hơn và sâu hơn so với các hạt ion hóa khác. CHƯƠNG 2: TÌM KIẾM ĐƠN CỰC TỪ TRONG TỰ NHIÊN 2.1 Đơn cực từ GUT 21TLý thuyết thống nhất lớn (GUT) của lực điện yếu và tương tác mạnh tiên đoán sự tồn tại của các đơn cực từ siêu nặng với khối lượng dự kiến là: 21T 21T GeV, khối lượng này là quá lớn nên không thể tạo ra trong bất kỳ máy gia tốc nào. Tuy nhiên chúng có thể đã được tạo ra trong giai đoạn vũ trụ ban đầu như các lỗi topo thông qua cơ chế Kibble trong giai đoạn chuyển tiếp phá vỡ tính đối xứng và có thể được tìm kiếm trong bức xạ xuyên vũ trụ. Các khối lượng đơn cực từ lớn hơn đang được trông đợi nếu có thể đưa lực hấp dẫn vào bức tranh thống nhất và một số mô hình siêu đối xứng. 21TCác đơn cực từ có khối lượng trung cấp có thể được sinh ra trong các pha chuyển tiếp trễ hơn trong vũ trụ ban đầu, trong đó một nhóm gause bán nguyên sinh ra một nhóm U(1). Các đơn cực từ trung cấp với khối lượng 21T 21T có thể được gia tốc đến vận tốc tương đối trong từ trường thiên hà và một vài vị trí thiên thể giống như từ trường của các nuleic thiên hà động và thập chí là các sao neutron. Các đơn cực từ được tích lũy và tập trung lại, nhiều đơn cực từ trung cấp mạnh có thể sinh ra các tia vũ trụ năng lượng cao nhất. 21TĐơn cực từ khối lượng thấp nhất phải tồn tại vì từ tích được bảo toàn như điện tích, do đó các đơn cực từ được sinh ra trong vũ trụ ban đầu vẫn phải tồn tại như những di vật vũ trụ, động năng của đơn cực bị tác động bởi nhiều yếu tố, đầu tiên bởi sự giãn nỡ của vũ trụ và sau đó bị tác động bởi hành trình của đơn cực xuyên qua ngân hà và các từ trường ở giữa những thiên hà. 21TCác đơn cực GUT trong bức xạ vũ trụ có vận tốc thấp và năng lượng mất mát tương đối lớn; chúng được tìm kiếm tốt nhất dưới lòng đất trong các bức xạ vũ trụ thâm nhập. Các đơn cực từ trung cấp có thể được tìm kiếm tại các phòng thí nghiệm cao hơn mực nước biển, trong các bức xạ đi xuống và các bức xạ đi lên nếu năng lượng lớn. Ngoài ra người ta còn tìm kiếm đơn cực từ GUT trong các vật chất như đá mặt trăng, nước biển , các thiên thạch rơi xuống trái đất. 16TƯớc tính16T 16Tmật độ16T 16Tđơn cực16T 16Tban đầu16T, và sự giảm mật độ đơn cực do sự hủy diệt đơn cực – phản đơn cực, dự đoán mật độ đơn cực ngày nay vượt qua nhiều giới hạn thực nghiệm và vật lý thiên văn. Sự lạm phát vũ trụ và các giải pháp khác được đề xuất về vấn đề đơn cực nguyên thủy nói chung đều dẫn đến mật độ đơn cực ngày này nhỏ hơn mật độ đơn cực có thể được phát hiện một cách chắc chắn theo hàm mũ, mặc dù các mật độ có khả năng quan sát có thể thu được trong các kịch bản tìm kiếm đã cẩn thận điều chỉnh các thông số. 2.1.1 các giới hạn tìm kiếm trong vật lý thiên văn và vũ trụ. 21TCác giá trị giới hạn thông lượng đơn cực trong bức xạ vũ trụ thu được từ các xem xét trong vật lý thiên văn và vũ trụ [4] [8] [9]. • 21TGiới hạn thông lượng đơn cực từ mật độ tới hạn của vũ trụ. 21TGiới hạn này thu được từ yêu cầu mật độ khối lượng đơn cực phải nhỏ hơn mật dộ tới hạn 21T 21T của vũ trụ. Với khối lượng đơn cực 21T 21T GeV thì giới hạn thông lượng đơn cực từ là: 21T 21T (21T 21T). Các đơn cực phân bố không đồng đều trong vũ trụ. Nếu các đơn cực tập trung trong các thiên hà thì giới hạn thông lượng có thể lớn hơn rất nhiều. • 21TGiới hạn thông lượng đơn cực từ từ trường thiên hà. Giới hạn Parker. 21TGiả định các đơn cực từ trong vũ trụ được tăng tốc trong từ trường thiên hà 21T 21T. Sự tăng tốc này sẽ làm mất mát năng lượng của từ trương thiên hà. Parker lý luận rằng từ trường thiên hà chỉ có thể tồn tại khi tốc độ giảm năng lượng cho một thông lượng đơn cực nhỏ hơn thang thời gian để năng lượng từ trường thiên hà được tái tạo từ các nguồn phát vũ trụ. Với luận cứ này Parker đã thu được một giới hạn thông lượng các đơn cực gọi là giới hạn Parker đối với thông lượng đơn cực . Đối với các đơn cực chậm (21T 21T) với khối lượng nằm trong các giá trị của thang năng lượng 21T 21T GeV thì giới hạn thông lượng Parker đối với thông lương đơn cực là • 21TGiới hạn thông lượng đơn cực từ từ các ngôi sao lập di 21T 21T và các ẩn tinh. 21TCác sao lập dị 21T 21T có từ trường 21T 21TG có chiều ngược với moment quay của chúng. Một đơn cực từ với 21T 21T sẽ dừng lại trong các ngôi sao 21T 21T; do đó số lượng các đơn cực từ tăng lên theo thời gian nếu bỏ qua sự hủy diệt đơn cực – phản đơn cực trong sao. Các đơn cực sau đó sẽ là xúc tác phân ra proton. Năng lượng giải phóng trong phân rã làm cho độ sáng của sao tăng lên một cách dễ thấy. Rất nhiều các giới hạn đa dạng đã thu được từ sao lùn trắng, sao neutron, và các hành tinh của sao Mộc. Dựa vào mặt cắt xúc tác và các kịch bản chi tiết như mật đơn cực từ tích tụ giảm xuống bao nhiêu do sự hủy diệt đơn cực-phản đơn cực và các đơn cực từ đã tích tụ trong các sao nguyên thủy tồn tại trong các suy sụp của nó là sao lùn trắng và sao neutron. Các giới hạn thông lượng đơn cực từ thu được theo cách này là 2.1.2 Tìm kiếm đơn cực từ bị giữ trong vật chất 16TĐơn cực16T 16Tđã16T 16Tđược16T 16Ttìm kiếm16T 16Ttrong16T 16Tmột16T 16Tloạt16T 16Tcác16T 16Tvật liệu với16T 16Tsố lượng lớn16T. 16TGiả định16T các vật liệu này đã16T hấp thụ16T các 16Ttia bức xạ16T 16Tvũ trụ16T 16Tđơn cực16T 16Ttrong một16T 16Tthời gian16T rất 16Tlâu có thể đến hàng16T 16Ttriệu năm16T. Các 16Tvật liệu16T 16Tđã được16T 16Tnghiên cứu16T 16Tbao gồm16T 16Tđá16T 16Tmặt trăng [10]16T, 16Tthiên thạch16T, 16Tcác mẫu16T ferro16Tmangan16T, đá phiến, quặng sắt, 16Tnước16T 16Tbiển và các vật liệu khác16T. Thiết bị dò là một cuộn dây siêu dẫn với một SQUID. Các đơn cực từ bị mắc kẹt trong các mẫu thí nghiệm khi di chuyển qua cuộn dây siêu dẫn sẽ gây ra một bước nhãy trong dòng được tạo ra trong cuộn siêu dẫn. Bảng 2.1 liệt kê các thí nghiệm tìm kiếm đơn cực từ trong vật chất [11]. Bảng 2.1: Thống kê các thí nghiệm tìm kiếm đơn cực từ trong vật chất Mật độ Từ tích Vật liệu Sự kiện Tài liệu năm Kỹ thuật 1/3 Thiên thạch và vật liệu khác 0 JEON 95 INDU 0:6 Quặng sắt 0 EBISU 87 INDU 0:5 Đá phiến 0 KOVALIK 86 INDU 0:5 Các mẫu manganese 0 KOVALIK 86 INDU 0:5 Nước biển 0 KOVALIK 86 INDU >1.E+14/gram >1/3 Hạt nhân sắt ngưng tụ >1 MIKHAILOV 83 SPEC <6.E−4/gram Không khí, nước biển 0 CARRIGAN 76 CNTR 0:0 4 11 vật liệu 0 CABRERA 75 INDU 0:0 5 Đá mặt trăng 0 ROSS 73 INDU <6.E−7/gram <140 Nước biển 0 KOLM 71 CNTR <1.E−2/gram <120 Các mẫu mangan 0 FLEISCHER 69 PLAS 0 mangan 0 FLEISCHER 69 PLAS <2.E−3/gram <1{3 magnetit, sao băng 0 GOTO 63 EMU L <2.E−2/gram Thiên thạch 0 PETUKHOV 63 CNTR Từ sự thiếu vắng các ứng cử đơn cực từ trong các thí nghiệm có thể kết luận tỉ lệ đơn cực/nuleon trong các mẫu vật chất thí nghiệm với độ tin cậy là 90 . 2.1.3 tìm kiếm đơn cực từ trong các bức xạ vũ trụ 21T ìm kiếm trực tiếp các đơn cực từ trong các tia vũ trụ được thực hiện với các thiết bị dò như thiết bị cảm ứng siêu dẫn và các NTD. Gần đây các thí nghiệm tận dụng các lớp thiết bị dò rộng lớn. Thí nghiệm MACRO tại phòng thí nghiệm Gran Sasso [12] dưới lòng đất sử dụng21T ba loại máy dò: chất lỏng scintillator, các ống hẹp và máy dò các vết hạt nhân (NTDs, CR39 và Lexan) về cơ bản có thể độc lập với nhau hoặc kết hợp, cung cấp một tổng diện tích dò cho một thông lượng đẳng hướng. Ngoài ra MACRO còn sử dụng thêm nhiều thiết bị điện tử phức tạp khác cho phép tìm kiếm trong phạm vi vận tốc khác nhau. Không có đơn cực nào được tìm thấy; giới hạn thông lượng tương ứng với được chỉ ra ở hình 2.2 với độ tin cậy 90 của các đơn cực từ với từ tích : các giới hạn đạt ở mức 21T với vận tốc 21T 21T, trong hình 2.2 cũng chỉ ra giới hạn từ các thí nghiệm Ohya, Baksan, Baikal, và AMANDA [13]. 21THình 2.1: Máy dò Macro tại phòng thí nghiệm Gran Sasso 21THình 2.2: Các giới hạn thông lượng ở MACRO theo 21T 21T đối với các đơn cực từ GUT 21T 21T trong bức xạ vũ trụ thẩm thấu với độ tin cậy 21T 21T, được so sánh với các giới hạn trong các thí nghiệm khác. 21THình 2.3: Hình bên trái: minh họa xúc tác đơn cực của phân rã proton. Hình bên phải: các giới hạn trên của thông lượng đơn cực từ tạo ra phân rã proton tại MACRO 21TSư tương tác của lổi đơn cực từ GUT với các nuleon có thể dẫn đến phản ứng phân rã ncleon (xúc tác đơn cực từ của phân rã nuleon), 21T 21T. Như hình2.4 .21T 16TQuá trình16T 16Txúc tác16T 16Tcó thể16T 16Ttiến hành16T 16Tthông qua16T 16Tcơ chế16T 16TRubakov3T16-3TCallan 16Tvới16T 16Tmột mặt cắt16T 16Tσ16T 16Ttrong thứ tự mặt cắt của16T 16Tcác16T 16Ttương tác16T 16Tmạnh16T. 16TMACRO16T 16Tthực hiện16T 16Tmột16T 16Ttìm kiếm16T 16Tchuyên dụng16T 16Tvề sự phân hủy nucleon16T 16Tgây ra bởi đường đi của đơn cực từ16T 16TGUT16T 16Ttrong16T 16Thệ thống16T 16Tống16T 16Thẹp16T. Giới hạn thông lượng đơn cực từ thu được là một hàm của 16Tvận tốc16T 16Tđơn cực và mặt cắt xúc tác16T. Các đơn cực từ tương đối với khối lượng trung cấp , có thể tồn tại trong các bức xạ vũ trụ. Các đơn cực từ trung cấp có thể được gia tốc đến một giá trị lớn trong một phạm vi cố kết của từ trường thiên hà. Do đó có thể tìm kiếm các đơn cực nhanh có khả năng ion hóa mạnh với . Các thiết bị dò trên bờ mặt trái đất có thể phát hiện các đơn cực từ trung cấp nếu khối lượng của chúng lớn hơn GeV; các đơn cực từ trung cấp khối lượng nhỏ hơn có thể được tìm kiếm với các máy dò đặt tại các đỉnh núi cao, hoặc trong các kinh khí cầu và trong các vệ tinh. Hình 2.4 thể hiện các giới hạn thông lượng đơn cực trung cấp có vận tốc nhanh và rất nhanh với khối lượng thu được bởi các thí nghiệm MACRO và Ohya 16THình 2.4: Hình bên trái: các giới hạn trên của thông lượng đơn cực từ trung cấp với khối lượng 16T theo . Hình bên phải: các giới hạn trên của thông lượng đơn cực từ trung cấp từ thí nghiệm SLIM Thí nghiệm SLIM [14] tìm kiếm các đơn cực từ trung cấp nhanh với các máy dò dấu vết hạt nhân gồm 440 mP2P CR39 và các máy dò Makrofol được tiếp xúc 4 năm với bức xạ vũ trụ tại phòng thí nghiệm Chacaltaya. Nhạy với các đơn cực từ có và nếu , và trong vùng nếu . Một vùng 351 mP2P các tấm SLIM CR39 phơi trong bức xạ vũ trụ 4 năm đã được khắc axit và phân tích. Không có ứng cử viên đơn cực nào được tìm thấy, giới hạn thông lượng đơn cực trung cấp đi xuống với và được thể hiện trong hình 2.4 bên phải với độ tin cậy là 90 Bảng 2.2: Thống kê tất cả các thí nghiệm tìm kiếm đơn cực từ trong bức xạ vũ trụ [11] “caty” trong cột từ tích cho biết đây là thí nhiệm tìm kiếm đơn cực từ xúc tác phân rã nucleon. Giới hạn thông lượng (cmP−2PsrP−1PsP −1 P) Khối lượng (GeV) Từ tích (g) Các chú thích (β=v/c) Sự kiện Nhóm thức hiện 21Tnăm Kỹ thuật <1.4E−16 21T 1.1E−4 < β < 1 0 AMBROSIO 02B MCRO <3E−16 Caty 1.1E−4< β<5E−3 0 AMBROSIO 02C MCRO <1.5E−15 1 5E−3 < β < 0.99 0 AMBROSIO 02D MCRO <1E−15 1 1.1 × 10P−4P −0.1 0 AMBROSIO 97 MCRO <5.6E−15 1 (0.18 – 3.0)E−3 0 P PAHLEN 94 MCRO <2.7E−15 Caty β ~ 1× 10P−3 0 BECKER-SZ... 94 IMB 2.E−3 0 THRON 92 SOUD <4.4E−12 1 Tất cả β 0 GARDNER 91 INDU <7.2E−13 1 Tất cả β 0 HUBER 91 INDU E12 1 β =1.E−4 0 ORITO 91 PLAS E10 1 β > 0.05 0 ORITO 91 PLAS E10 −E12 2,3 0 ORITO 91 PLAS <3.8E−13 1 Tất cả β 0 BERMON 90 INDU <5.E−16 Caty β<1.E−3 0 BEZRUKOV 90 CHER 1.1E−4 0 BUCKLAND 90 HEPT <1E−18 3.E−4<β<1.5E−3 0 GHOSH 90 MICA <7.2E−13 1 Tất cả β 0 HUBER 90 INDU E7 1 3.E−4 <β<5.E−3 0 BARISH 87 CNTR <1.E−13 Caty 1.E−5 < β <1 0 BARTELT 87 SOUD <1.E−10 1 Tất cả β 0 EBISU 87 INDU <2.E−13 1.E−4 < β<6.E−4 0 MASEK 87 HEPT <2.E−14 4.E−5 <β<2.E−4 0 NAKAMURA 87 PLAS <2.E−14 1.E−3 < β <1 0 NAKAMURA 87 PLAS <5.E−14 9.E−4< β<1.E−2 0 SHEPKO 87 CNTR <2.E−13 4.E−4 < β <1 0 TSUKAMOTO 87 CNTR <5.E−14 1 Tất cả β 1 P PCAPLIN 86 INDU <5.E−12 1 0 CROMAR 86 INDU <1.E−13 1 7.E−4 < β 0 HARA 86 CNTR <7.E−11 1 Tất cả β 0 INCANDELA 86 INDU <1.E−18 4.E−4 < β<1.E−3 0 PRICE 86 MICA <5.E−12 1 0 BERMON 85 INDU <6.E−12 1 0 CAPLIN 85 INDU <6.E−10 1 0 EBISU 85 INDU <3.E−15 Caty 5.E−5 ≤ β ≤1.E−3 0 KAJITA 85 KAMI <2.E−21 1 β <1.E−3 0 KAJITA 85 KAMI <3.E−15 1 1.E−3 < β<1.E−1 0 PARK 85B CNTR <5.E−12 1 1.E−4 < β <1 0 BATTISTONI 84 NUSX <7.E−12 1 0 INCANDELA 84 INDU <7.E−13 1 3.E−4 < β 0 KAJINO 84 CNTR <2.E−12 3.E−4 < β<1.E−1 0 KAJINO 84B CNTR <6.E−13 1 5.E−4 < β <1 0 KAWAGOE 84 CNTR <2.E−14 1.E−3 < β 0 KRISHNA... 84 CNTR <4.E−13 1 6.E−4 < β<2.E−3 0 LISS 84 CNTR <1.E−16 1 3.E−4 < β<1.E−3 0 PRICE 84 MICA <1.E−13 1.E−4 < β 0 PRICE 84B PLAS <4.E−13 6.E−4 < β<2.E−3 0 TARLE 84 CNTR 7 ANDERSON 83 EMUL <4.E−13 1.E−2 < β <1.E−3 0 BARTELT 83B CNTR <1.E−12 7.E−3 < β <1 0 BARWICK 83 PLAS <3.E−13 1.E− 3 <β<4.E−1 0 BONARELLI 83 CNTR <3.E−12 5.E−4 < β<5.E−2 0 BOSETTI 83 CNTR <4.E−11 0 CABRERA 83 INDU <5.E−15 1.E−2 < β <1 0 DOKE 83 PLAS <8.E−15 1.E−4 < β <1.E−1 0 ERREDE 83 IMB <5.E−12 1.E−4 < β <3.E−2 0 GROOM 83 CNTR <2.E−12 6.E−4 < β <1 0 MASHIMO 83 CNTR <1.E−13 β =3.E−3 0 ALEXEYEV 82 CNTR <2.E−12 7.E−3 < β <6.E−1 0 BONARELLI 82 CNTR 6.E−10 Tất cả β 1 CABRERA 82 INDU <2.E−11 1.E−2 < β <1.E−1 0 MASHIMO 82 CNTR <2.E−15 Chất lỏng concentrator 0 BARTLETT 81 PLAS 1 1.E−3 < β 0 KINOSHITA 81B PLAS <5.E−11 <E17 3.E−4 < β<1.E−3 0 ULLMAN 21T81 CNTR <2.E−11 concentrator 0 BARTLETT 78 PLAS 1.E−1 >200 1 PRICE 75 PLAS <2.E−13 0 FLEISCHER 71 PLAS <1.E−19 obsidian, mica 0 FLEISCHER 69C PLAS <5.E−15 <15 concentrator 0 CARITHERS 66 ELEC <2.E−11 concentrator 0 MALKUS 51 EMUL 21TMặc dù tìm kiếm đơn cực từ trong các bức xạ vũ trụ đã được thực hiện từ sớm với rất nhiều các thí nghiệm bằng kỹ thuật cảm ứng và NTD. Tuy nhiên, hầu như không ai tìm thấy một sự kiện đơn cực từ nào chắc chắn. Một trong những sự kiện nỗi tiếng được phát hiện bởi Blas Cabrera trong thí nghiệm SLAC vào đêm 4 tháng 2 năm 1982 nên được gọi làValentine đơn cực từ. Trong thí nghiệm này người ta sử dụng một kỹ thuật gọi là máy dò giao thoa lượng tử siêu dẫn hay SQUID. Kết quả được thể hiện trong hình 2.5. Một sự kiện lớn duy nhất được ghi nhận (hình b) có thể là băng chứng của đơn cực từ. Tuy nhiên chưa bao giờ lập lại bằng chứng về sự tồn tại của đơn cực đó. 21T Hình 2.5: Dữ kiện ghi lại chỉ ra rằng (a) tính đặc trưng ổn định (b) sự kiện giả đơn cực Một thí nghiệm trêu ngươi khác của