磁单极子搜索的下一个前沿

磁单极子 (MM) 是一类备受期待的假设性粒子，其发现将使麦克斯韦方程实现对称，解释电荷的量子化，并探测统一理论的规范结构。最近的模型预测低质量的 MM，重新激活了对强子碰撞中的搜索。然而，大多数理论预测 MM 为复合型，其在夸克-夸克碰撞中的产生受到抑制。Schwinger 过程，即在强磁场下通过真空势垒隧穿产生 MM 成对的方式，不受此限制。此外，Schwinger 交叉截面可非扰动计算。鉴于这些因素，成为低质量 MM 搜索的黄金通道。我们研究了在未来强子碰撞、宇宙射线与大气碰撞以及来自宇宙磁场衰变中 MM 的 Schwinger 产生。我们发现，下一代碰撞器将提供最佳灵敏度，允许发现或排除 TeV 量级的 MM。同时，利用工业矿石提取和南极钻探设施可在较短时间内以 modest 投入推动该领域。具体而言，我们通过详细计算表明，所提出的实验将对流量为 10^{-22} cm^{-2} s^{-1} sr^{-1} 量级低质量 MM 具有灵敏度，覆盖宽广的 Lorentz 因子范围。我们还提议在专用 MM 检测器中部署 cosmic ray 观测设施，以直接调查未被解释的最高能 cosmic ray 是否为 MM。综合这些努力，将在未来数十年内定义 MM 搜索的领域。