Titre: Recherche de monopôles magnétiques

En 1931, Dirac se rendit compte que l'existence d'un seul monopôle magnétique dans l'Univers suffirait à expliquer la quantisation de la charge électrique. Il s'ensuit que les monopôles devraient porter une charge magnétique correspondant à une multitude de charges électriques élémentaires en termes de pertes d'énergie par ionisation dans la matière. Donc, un monopôle qui traverserait un détecteur apparaîtrait comme une particule extrêmement ionisante. Des recherches de production directe de monopôles ont été effectuées à chaque fois qu'un accélérateur de type nouveau ou puissance plus grande a été construit. Utilisant une partie des données prises en 2011, ATLAS a effectué la première recherche de monopôles au LHC [1]. Cette recherche exploite la signature caractéristique d'une grande fraction de signaux à haute énergie dans le transition radiation tracker (TRT) ainsi qu'une forme étroite de la déposition en énergie dans le calorimètre électromagnétique (EM) (voir figure). Cette recherche a pourtant une limitation importante: les déclencheurs (triggers) utilisés sont faits pour les électrons et les photons et exigent que la particule donne un signal dans la seconde couche du calorimètre EM, tandis que les particules hautement ionisantes comme les monopôles tendraient à perdre leur énergie et s'arrêter avant d'avoir pénétré profondément dans le calorimètre. En 2012, le groupe de Genève a développé et validé un trigger dédié aux recherches de monopôles. Ce trigger est basé sur les signaux dans le TRT plutôt que dans le calorimètre, ce qui permet de réduire l'énergie calorimétrique requise et supprime la condition sur la seconde couche du calorimètre. On s'attend donc à ce que la recherche effectuée à Genève avec les données de 2012 prises avec ce nouveau trigger surpasse largement les résultats précédents.

En plus de la détection directe avec ATLAS, d'autres techniques peuvent être utilisées pour rechercher les monopôles magnétiques. Notre groupe a examiné de telles options [2] et créé de nouvelles possibilités expérimentales au LHC [3] et au-delà du LHC [4].

[1] ATLAS Collaboration, Search for magnetic monopoles in sqrt(s) = 7 TeV pp collisions with the ATLAS detector, arXiv:1207.6411, Phys. Rev. Lett. 109, 261803 (2012). 

[2] A. De Roeck, A. Katre, P. Mermod, D. Milstead, and T. Sloan, Sensitivity of LHC experiments to exotic highly ionising particles, arXiv:1112.2999, Eur. Phys. J. C 72, 1985 (2012).

[3] A. De Roeck, H.P. Hächler, A.M. Hirt, M. Dam Joergensen, A. Katre, P. Mermod, D. Milstead, and T. Sloan, Development of a magnetometer-based search strategy for stopped monopoles at the Large Hadron Collider, arXiv:1206.6793, Eur. Phys. J. C 72, 2212 (2012).

[4] K. Bendtz, H.-P. Hächler, A.M. Hirt, P. Mermod, P. Michael, D. Milstead, C. Tegner, T. Sloan, and S.B. Thorarinsson, Search for magnetic monopoles in polar volcanic rocks, arXiv:1301.6530, Phys. Rev. Lett. 110, 121803 (2013).


Figure caption: Fraction de signaux à haute énergie dans le TRT versus dispersion d'énergie dans le calorimètre. Les cercles représentent 1000 événements simulés de production de monopôles de masse 800 GeV. Les croix représentent les données d'ATLAS.