磁單極子的概念幾十年來一直吸引著科學家們的興趣，這是一種假想的粒子，它只具有一個磁極，要麽是北極要麽是南極。這與我們常見的磁體不同，後者總是有兩個磁極（一個北極和一個南極）。磁單極子如果存在，將會是一個重大的科學發現，因爲它將改變我們對電磁力和粒子物理學的基本理解。

歐洲核子研究中心大型強子對撞機(LHC)上的MoEDAL實驗處于這項工作的最前沿。利用LHC可達到的巨大能量，MoEDAL進行了一項獨特的任務，以搜索通過施溫格效應産生的磁單極子。

1931年，傳奇物理學家保羅·狄拉克首次提出了磁單極子的存在。他的優雅理論證明了電和磁之間美麗的對稱性，表明對于每個電荷，都應該存在一個磁對偶。然而，與實驗中觀察到的各種正負電荷不同，磁單極一直頑固地躲避著實驗的捕捉。

以朱利安·施溫格命名的施溫格效應爲單極子的産生提供了一條潛在的途徑。在一個非常強的電場存在的情況下，施溫格的理論預測了自發對産生的可能性——一個粒子和它的反粒子從真空中突然出現。在磁單極子的情況下，足夠強的電場可以觸發單極子-反單極子對的産生。

MoEDAL實驗采用了一種獨特的方法來尋找單極子。與大多數爲高能粒子碰撞而設計的 LHC 探測器不同，MoEDAL 專注于捕獲逃離主探測器的長壽命大質量粒子。它在CMS 實驗周圍的戰略性放置使其能夠利用CMS 磁鐵産生的強大磁場，該磁場可以捕獲附近産生的磁單極。

至關重要的是，MoEDAL 將關鍵組件——束流管——放置在非常靠近CMS 相互作用點的位置。這種接近極大地增加了在施溫格産生的單極子偏離之前捕獲它們的機會。束流管本身由非磁性材料(铍)制成，以盡量減少對捕獲單極子的幹擾。

MoEDAL 利用來自 LHC 的鉛鉛（Pb-Pb）碰撞數據進行了專門的施溫格産生磁單極搜索。實驗使用一種稱爲SQUID（超導量子幹涉裝置）磁強計對暴露的束管進行掃描。SQUID 可以檢測極其微弱的磁場，使其成爲尋找捕獲磁單極的微弱信號的理想選擇。

雖然這些搜索沒有發現磁單極的明顯迹象，但它確實取得了重大進展。MoEDAL 在2 到45 Dirac單位（磁荷單位）範圍內爲高磁荷磁單極設定了世界領先的質量限制。這有效地排除了質量高達80 GeV（吉電子伏特）的磁單極的存在，置信度爲95%。這些結果代表了對這些難以捉摸的粒子的重大進展。

MoEDAL 對施溫格産生的磁單極的搜索是一項正在進行的工作。隨著 LHC 繼續以更高的亮度（單位時間內碰撞數）運行並探索新型碰撞，MoEDAL 將能夠獲得不斷增長的數據集，這有可能導致發現磁單極或完善排除限制。

MoEDAL 探測器系統的未來升級也已計劃。這些升級旨在增強實驗的靈敏度並允許探索更廣泛的磁單極特性。此外，與理論物理學家的合作對于完善模型至關重要，這些模型預測了在各種 LHC 運行條件下施溫格磁單極的産生率。