Skip to main content
U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Search for Magnetic Monopole Pair Production in Ultraperipheral Pb + Pb Collisions at s NN = 5.36 TeV with the ATLAS Detector at the LHC

Journal Article · · Physical Review Letters
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; more »; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; « less

This Letter presents a search for highly ionizing magnetic monopoles in 262 μ b 1 of ultraperipheral Pb + Pb collision data at s NN = 5.36 TeV collected by the ATLAS detector at the LHC. A new methodology that exploits the properties of clusters of hits reconstructed in the innermost silicon detector layers is introduced to study highly ionizing particles in heavy-ion data. No significant excess above the background, which is estimated using a data-driven technique, is observed. Using a nonperturbative semiclassical model, upper limits at 95% confidence level are set on the cross section for pair production of monopoles with a single Dirac magnetic charge in the mass range of 20–150 GeV. Depending on the model, monopoles with a single Dirac magnetic charge and mass below 80–120 GeV are excluded.

© 2025 CERN, for the ATLAS Collaboration 2025 CERN
Sponsoring Organization:
USDOE
Grant/Contract Number:
AC02-76SF00515
OSTI ID:
2516773
Journal Information:
Physical Review Letters, Journal Name: Physical Review Letters Journal Issue: 6 Vol. 134; ISSN 0031-9007; ISSN PRLTAO
Publisher:
American Physical SocietyCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (77)

A search for particles with magnetic charge produced ine +e− annihilations at 543-1543-1543-1GeV journal December 1988
A new search for magnetic monopoles at the CERN-ISR with plastic detectors journal November 1978
Exclusive dielectron production in ultraperipheral Pb+Pb collisions at $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ = 5.02 TeV with ATLAS journal June 2023
Search for magnetic monopoles with the MoEDAL prototype trapping detector in 8 TeV proton-proton collisions at the LHC journal August 2016
gamma-UPC: automated generation of exclusive photon-photon processes in ultraperipheral proton and nuclear collisions with varying form factors journal September 2022
Search for magnetic monopoles and stable particles with high electric charges in $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector journal November 2023
Search for magnetic monopoles in electron-positron collisions at 34 GeV CM energy journal September 1983
Search for magnetic monopoles in proton-antiproton interactions at 540 GeV cm energy journal January 1983
Search for highly ionizing particles in e+e− annihilations at √s=50−60.8 GeV journal September 1989
A search for highly ionizing particles produced at the OPAL intersection point at LEP journal October 1993
Photoneutron cross sections of 208Pb and 197Au journal December 1970
Magnetic monopoles in unified gauge theories journal September 1974
Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
STARlight: A Monte Carlo simulation program for ultra-peripheral collisions of relativistic ions journal March 2017
Search for Dirac magnetic monopoles in e+e− collisions with the OPAL detector at LEP2 journal May 2008
Search for magnetic monopoles with the MoEDAL forward trapping detector in 2.11 fb−1 of 13 TeV proton–proton collisions at the LHC journal July 2018
Search for magnetic monopoles produced via the Schwinger mechanism journal February 2022
XXV. On physical lines of force journal March 1861
Theoretical and experimental status of magnetic monopoles journal May 2006
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Pair production of magnetic monopoles and stable high-electric-charge objects in proton–proton and heavy-ion collisions journal February 2022
Beam-induced and cosmic-ray backgrounds observed in the ATLAS detector during the LHC 2012 proton-proton running period journal May 2016
Study of the material of the ATLAS inner detector for Run 2 of the LHC journal December 2017
Production and integration of the ATLAS Insertable B-Layer journal May 2018
The new LUCID-2 detector for luminosity measurement and monitoring in ATLAS journal July 2018
Comparison between simulated and observed LHC beam backgrounds in the ATLAS experiment at E beam =4 TeV journal December 2018
The ATLAS experiment at the CERN Large Hadron Collider: a description of the detector configuration for Run 3 journal May 2024
Beam-induced backgrounds measured in the ATLAS detector during local gas injection into the LHC beam vacuum journal June 2024
The ATLAS trigger system for LHC Run 3 and trigger performance in 2022 journal June 2024
The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider journal August 2008
Characterisation and mitigation of beam-induced backgrounds observed in the ATLAS detector during the 2011 proton-proton run journal July 2013
A neural network clustering algorithm for the ATLAS silicon pixel detector journal September 2014
Quantised Singularities in the Electromagnetic Field journal September 1931
On Gauge Invariance and Vacuum Polarization journal June 1951
Two-particle azimuthal correlations in photonuclear ultraperipheral Pb + Pb collisions at 5.02 TeV with ATLAS journal July 2021
Exclusive dimuon production in ultraperipheral Pb + Pb collisions at s N N = 5.02 TeV with ATLAS journal August 2021
Extension of Fermi National Accelerator Laboratory magnetic-monopole search to 400 GeV journal December 1974
Towards Schwinger production of magnetic monopoles in heavy-ion collisions journal July 2019
Schwinger pair production of magnetic monopoles: Momentum distribution for heavy-ion collisions journal July 2021
Exciting ions: A systematic treatment of ultraperipheral heavy ion collisions with nuclear breakup journal May 2023
Search for magnetic monopoles at the CERN Intersecting Storage Rings journal April 1978
Search for highly ionizing particles ine+e−collisions ats=29GeV journal April 1984
Search for magnetically charged particles produced ine+e−annihilations at√s =10.6GeV journal February 1987
Search for highly ionizing particles in e + e − annihilations at s = 91.1 GeV journal August 1992
Limits on production of magnetic monopoles utilizing samples from the D0 and CDF detectors at the Fermilab Tevatron journal March 2004
Search for Magnetic-Monopole Production by 300-GeV Protons journal December 1973
Search for magnetic monopoles and stable particles with high electric charges in 8 TeV p p collisions with the ATLAS detector journal March 2016
Measurement of the Cross Section for Electromagnetic Dissociation with Neutron Emission in Pb-Pb Collisions at s NN = 2.76     TeV journal December 2012
Search for Magnetic Monopoles in s = 7     TeV p p Collisions with the ATLAS Detector journal December 2012
Search for Magnetic Monopoles with the MoEDAL Forward Trapping Detector in 13 TeV Proton-Proton Collisions at the LHC journal February 2017
Magnetic Monopole Mass Bounds from Heavy-Ion Collisions and Neutron Stars journal December 2017
Magnetic Monopole Search with the Full MoEDAL Trapping Detector in 13 TeV p p Collisions Interpreted in Photon-Fusion and Drell-Yan Production journal July 2019
Search for Magnetic Monopoles and Stable High-Electric-Charge Objects in 13 Tev Proton-Proton Collisions with the ATLAS Detector journal January 2020
MoEDAL Search in the CMS Beam Pipe for Magnetic Monopoles Produced via the Schwinger Effect journal August 2024
Search for Highly Ionizing Particles ine+e−Collisions ats=29GeV journal January 1982
Monopole Pair Creation in Energetic Collisions: Is It Possible? journal July 1982
Search for Highly Ionizing Particles at the Fermilab Proton-Antiproton Collider journal November 1987
Search for highly ionizing particles ine+e−annihilations at√s =50–52 GeV journal April 1988
High-luminosity search for highly ionizing particles at the Fermilab collider journal July 1990
Search for a Dirac Magnetic Monopole in High Energy Nucleus-Nucleus Collisions journal October 1997
Search for Heavy Pointlike Dirac Monopoles journal July 1998
Improved Experimental Limits on the Production of Magnetic Monopoles journal December 2000
Direct Search for Dirac Magnetic Monopoles in p p ¯ Collisions at s = 1.96     TeV journal May 2006
Theoretical and experimental aspects of the energy loss of relativistic heavily ionizing particles journal January 1980
Erratum: Theoretical and experimental aspects of the energy loss of relativistic heavily ionizing particles journal July 1980
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Rapidity gap cross sections measured with the ATLAS detector in pp collisions at $\sqrt{s} = 7 \mbox{~TeV}$ journal March 2012
Sensitivity of LHC experiments to exotic highly ionising particles journal April 2012
Topological cell clustering in the ATLAS calorimeters and its performance in LHC Run 1 journal July 2017
Measurement of the azimuthal anisotropy of charged particles produced in $$\sqrt{s_{_\text {NN}}}$$ s NN = 5.02 TeV Pb+Pb collisions with the ATLAS detector journal December 2018
Measurement of distributions sensitive to the underlying event in inclusive Z boson production in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ s = 13 TeV with the ATLAS detector journal August 2019
Luminosity determination in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV using the ATLAS detector at the LHC journal October 2023
A direct search for stable magnetic monopoles produced in positron-proton collisions at HERA journal May 2005
Looking for magnetic monopoles at LHC with diphoton events journal May 2012
Magnetic monopoles revisited: Models and searches at colliders and in the Cosmos journal August 2020
Photonuclear and Two-Photon Interactions at High-Energy Nuclear Colliders journal October 2020
Search for Magnetic Monopoles at the Tevatron Collider journal August 1990

Similar Records

Observation of t t ¯ Production in Pb+Pb Collisions at s NN = 5.02 TeV with the ATLAS Detector
Journal Article · Sun Apr 06 20:00:00 EDT 2025 · Physical Review Letters · OSTI ID:2549438

Measurement of the Centrality Dependence of the Dijet Yield in p + Pb Collisions at s NN = 8.16 TeV with the ATLAS Detector
Journal Article · Wed Mar 06 19:00:00 EST 2024 · Physical Review Letters · OSTI ID:2345952

Observation of strangeness enhancement with charmed mesons in high-multiplicity p Pb collisions at s NN = 8.16 TeV
Journal Article · Wed Aug 21 20:00:00 EDT 2024 · Physical Review. D. · OSTI ID:2474491

Related Subjects