Fotoprodução de monopolos magnéticos e monopolium em colisores de altas energias
Abstract
Esta dissertação apresenta a busca por monopolos magnéticos nos colisores de partı́culas através de colisões ultraperiféricas entre duas partı́culas idênticas. O interesse em monopolos iniciou com o trabalho de Dirac sobre monopolos magnéticos estabelecendo uma relação entre as cargas elétrica e magnética, conhecida como condição de quantização de Dirac (DQC). Além da teoria de Dirac, outros modelos também preveem a existencia de cargas magnéticas isoladas, como por exemplo, em Grandes Teorias de Unificação (GUT) que busca unificar todas interações entre partı́culas. Nós usaremos o mecanismo de fusão de fótons, emitidos pelas partı́culas incidentes, para a produção de monopolos. Nesse mecanismo, a interação dos monopolos é semelhante à interação do elétron com o pósitron. Em analogia ao acoplamento eletromagnético $\alpha_{el} = e^2$, o acoplamento entre os monopolos αmag é obtido através das dualidades eletromagnéticas, fazendo a troca de $e$ por $\beta g$, onde $\beta$ é a velocidade dos monopolos produzidos, ou pela troca de $e$ por $g$. Através da dualidade eletromagnética podemos considerar que o acoplamento monopolo-elétron, é dado pela substituição de $e$ por $g$. Estes dois acoplamentos são muito grandes, consequência da DQC, e por isso métodos perturbativos podem ser exigidos, mas para o acoplamento $\beta g$ podemos usar métodos não perturbativos quando a velocidade do monopolo é muito pequena. Não há resultados experimentais conclusivos que comprovam a existência de monopolos magnéticos, mas através de experimentos, já realizados em colisores como o Tevatron e HERA, foram propostos limites para a massa mı́nima dessas partı́culas. O experimento MoEDAL foi construido ao redor do experimento LHCb no Grande Colisor de Hadrons com a finalidade de detectar partı́culas altamente ionizantes tais como monopolos magnéticos. Nós estimamos a produção de monopolos no LHC com energias de 14 TeV para colisões próton-próton e 5,5 TeV para colisões chumbo-chumbo. O Colisor Linear Compacto (CLIC ) não possui um experimento designado à busca de monopolos magnéticos, mas através de nossos resultados, esperamos uma produção maior que no LHC.