Магниттік Монополь: Гипотетикалық Бөлшекейлер Әлемі

Кіріспе

Бір магниттік полюсі бар гипотетикалық бөлшек. Бөлшек физикасында магниттік монополь – тек бір магниттік полюсі бар (оңтүстік полюсі жоқ солтүстік полюс немесе керісінше) оқшауланған магнит болатын гипотетикалық элементарлық бөлшек. Магниттік монопольдің таза солтүстік немесе оңтүстік "магниттік заряды" болады. Осы тұжырымға қазіргі қызығушылықтың себебі – бөлшектер теориялары, әсіресе біріктірілген және суперструна теориялары, олардың болуын болжайды. Электр заряды бар белгілі элементарлық бөлшектер электр монопольдері болып табылады. Қолдағы магниттер мен электромагниттердегі магнетизм магниттік монопольдерден туындамайды, және шындығында, магниттік монопольдердің бар екенін көрсететін эксперименттік немесе байқау деректері жоқ. Кейбір конденсирленген материя жүйелерінде тиімді (оқшауланбаған) магниттік монополь квазибөлшектері кездеседі.

Ертедегі ғылым және классикалық физика

Көптеген ерте ғалымдар магнит тастарының магнетизмін екі түрлі "магниттік сұйықтықтарға" ("эфлювия") жатқызған: бір жағында солтүстік полюстік сұйықтық, екінші жағында оңтүстік полюстік сұйықтық. Бұл сұйықтықтар оң және теріс электр зарядына ұқсас бір-бірін тарта және итермелеген. Алайда, 19 ғасырда электромагнетизмді жақсырақ түсіну, магнит тастарының магнетизмін магниттік монополь сұйықтықтарымен емес, электр тоқтарының, электрондардың магниттік моменттерінің және басқа бөлшектердің магниттік моменттерінің үйлесімі арқылы түсіндіруге болатынын көрсетті. Магнетизмге қатысты Гаусс заңы, Максвелл теңдеулерінің бірі, магниттік монопольдердің жоқтығын математикалық тұрғыдан дәлелдейді. Дегенмен, Пьер Кюри 1894 жылы магниттік монопольдердің болатыны мүмкін екенін, бірақ олар әліге дейін байқалмағанын атап өтті.

Кванттық механика

Магниттік зарядтың кванттық теориясы физик Пол Дирактың 1931 жылғы мақаласымен басталды. Бұл мақалада Дирак, егер ғаламда магниттік монопольдер болса, онда ғаламдағы барлық электр заряды квантталған болуы керек екенін көрсетті (Дирактың квантталу шарты). Электр заряды, шындығында, квантталған, бұл монопольдердің болуымен сәйкес келеді (бірақ оны дәлелдемейді). 1982 жылғы эксперименттерде бастапқыда монопольдер ретінде қабылданған кандидаттық оқиғалар тіркелді, бірақ қазір олар шешімсіз деп есептеледі. Сондықтан монопольдердің бар-жоқтығы әлі де ашық мәселе болып қала береді. Теориялық бөлшектер физикасының одан әрі дамуы, әсіресе біріктірілген теориялар мен кванттық гравитация саласындағы жаңалықтар, монопольдердің бар екендігіне күшті дәлелдер (төменде егжей-тегжейлі сипатталған) әкелді. Сызықтық теорияның маманы Джозеф Полчински монопольдердің болуын "әлі көрінбеген физика туралы жасауға болатын ең сенімді болжамдардың бірі" деп атады. Бұл теориялар эксперименттік деректермен қақтығыс тудырмайды. Кейбір теориялық модельдерде магниттік монопольдерді байқау қиын, себебі оларды бөлшектер үдеткіштерінде (төменде қараңыз) жасау үшін тым ауыр, сондай-ақ ғаламда бөлшектерді анықтағышқа (детекторға) жетіп, байқалу ықтималдығы өте төмен. Бұл конденсирленген заттар жүйелері белсенді зерттеу нысаны болып табылады. (Төмендегі мәліметтерді қараңыз.)

Қарапайым материядағы полюстер мен магнетизм

Осы уақытқа дейін оқшауланған барлық зат, оның ішінде периодтық кестедегі әрбір атом және Стандартты модельдегі әрбір бөлшек, нөлдік магниттік монополь зарядына ие. Сондықтан, магнетизм мен магниттердің кәдімгі құбылыстары магниттік монопольдерден туындамайды. Керісінше, кәдімгі материядағы магнетизм екі көзден пайда болады. Біріншіден, электр тогы Ампер заңына сәйкес магнит өрісін жасайды. Екіншіден, көптеген элементар бөлшектердің ішкі магниттік моменті бар, олардың ең маңыздысы – электронның магниттік дипольдік моменті, ол оның кванттық механикалық спинімен байланысты. Математикалық тұрғыдан алғанда, дененің магнит өрісі көбінесе көпполюстік кеңейту арқылы сипатталады. Бұл – нақты математикалық формалары бар компоненттік өрістердің қосындысы түріндегі өріс өрнегі. Кеңейтудегі бірінші мүше – монополь мүшесі, екіншісі – диполь, содан кейін квадруполь, октаполь және т.б. Мысалы, электр өрісінің көпполюстік кеңейтуінде осы мүшелердің кез келгені болуы мүмкін. Дегенмен, магнит өрісінің көпполюстік кеңейтуінде "монополь" мүшесі әрқашан нақты нөлге тең (кәдімгі материя үшін). Магниттік монополь, егер ол бар болса, монополь мүшесі нөлдік емес магнит өрісін тудыратын анықтамалық қасиетке ие болады. Магниттік диполь – бұл магнит өрісі көбінесе немесе нақты түрде көпполюстік кеңейтудің магниттік диполь мүшесімен сипатталатын нәрсе. Диполь термині екі полюсті білдіреді, бұл дипольдік магнитте әдетте бір жағында солтүстік полюс, екінші жағында оңтүстік полюс болатындығына сәйкес келеді. Бұл электр диполына ұқсас, оның бір жағында оң заряд, екінші жағында теріс заряд болады. Алайда, электр диполы мен магнит диполының арасында маңызды айырмашылықтар бар. Кәдімгі материядан жасалған электр диполының оң заряды протондардан, ал теріс заряды электрондардан тұрады, бірақ магниттік дипольде солтүстік және оңтүстік полюстерді құрайтын әртүрлі материя түрлері жоқ. Керісінше, екі магниттік полюс магниттегі барлық токтар мен ішкі моменттердің бірлескен әсерінен бір мезгілде пайда болады. Осы себепті магниттік дипольдің екі полюсінің күші әрқашан тең және қарама-қарсы болуы керек, ал екі полюсті бір-бірінен бөлуге болмайды.

All matter isolated to date, including every atom on the periodic table and every particle in the Standard Model, has zero magnetic monopole charge. Therefore, the ordinary phenomena of magnetism and magnets do not derive from magnetic monopoles. Instead, magnetism in ordinary matter is due to two sources. First, electric currents create magnetic fields according to Ampère's law. Second, many elementary particles have an intrinsic magnetic moment, the most important of which is the electron magnetic dipole moment, which is related to its quantum mechanical spin. Mathematically, the magnetic field of an object is often described in terms of a multipole expansion. This is an expression of the field as the sum of component fields with specific mathematical forms. The first term in the expansion is called the monopole term, the second is called dipole, then quadrupole, then octupole, and so on. Any of these terms can be present in the multipole expansion of an electric field, for example. However, in the multipole expansion of a magnetic field, the "monopole" term is always exactly zero (for ordinary matter). A magnetic monopole, if it exists, would have the defining property of producing a magnetic field whose monopole term is non zero. A magnetic dipole is something whose magnetic field is predominantly or exactly described by the magnetic dipole term of the multipole expansion. The term dipole means two poles, corresponding to the fact that a dipole magnet typically contains a north pole on one side and a south pole on the other side. This is analogous to an electric dipole, which has positive charge on one side and negative charge on the other. However, an electric dipole and magnetic dipole are fundamentally quite different. In an electric dipole made of ordinary matter, the positive charge is made of protons and the negative charge is made of electrons, but a magnetic dipole does not have different types of matter creating the north pole and south pole. Instead, the two magnetic poles arise simultaneously from the aggregate effect of all the currents and intrinsic moments throughout the magnet. Because of this, the two poles of a magnetic dipole must always have equal and opposite strength, and the two poles cannot be separated from each other.

Максвелл теңдеулері

Максвеллдің электромагнетизм теңдеулері электр және магнит өрістерін бір-бірімен және электр заряды мен токтың таралуымен байланыстырады. Стандартты теңдеулер электр зарядын ескереді, бірақ магниттік заряд пен ток нөлдік деп қарастырады. Осы шектеуден басқа, теңдеулер электр және магнит өрістерін алмастырғанда симметриялы болады. Максвелл теңдеулері заряд пен электр тогының тығыздығы барлық жерде нөлге тең болғанда, мысалы, вакуумде симметриялы болады. Егер электр зарядына ұқсас "магниттік зарядқа" рұқсат етілсе, Максвелл теңдеулерін толық симметриялық түрде жазуға болады. Магниттік зарядтың тығыздығын белгілейтін ρm айнымалысын енгізу арқылы, теңдеулерде 'j'm магниттік ток тығыздығы айнымалысы да пайда болады. Егер магниттік заряд болмаса – немесе ол бар болса, бірақ кеңістіктің бір бөлігінде болмаса – Максвелл теңдеулеріндегі жаңа мүшелердің барлығы нөлге тең болады, ал толықтырылған теңдеулер электромагнетизмнің дәстүрлі теңдеулеріне дейін тобыққан болады (мұнда ∇⋅ – дивергенция операторы, ал 'B' – магниттік ағын тығыздығы).

Сызық теориясы

Әлемде кванттық гравитация реттегіш қызметін атқарады. Гравитация ескерілгенде, монопольдік сингулярлық қара тесікке айналуы мүмкін, ал үлкен магниттік заряд пен масса үшін қара тесіктің массасы қара тесіктің зарядына тең болады, сондықтан магниттік қара тесіктің массасы шексіз емес. Егер қара тесік Хокинг сәулесі арқылы толық ыдыраса, ең жеңіл зарядталған бөлшектердің массасы тым көп болмауы керек. Ең жеңіл монопольдің массасы оның зарядынан кем немесе шамалас болуы тиіс. Осылайша, консистентті голографиялық теорияда, оның жалғыз белгілі мысалы – құрылымдық теорияда, әрқашан шекті массасы бар монопольдер болады. Кәдімгі электромагнетизм үшін жоғарғы масса шегі өте пайдалы емес, себебі ол Планк массасына шамалас.

Математикалық тұжырымдамасы

Математикада (классикалық) өлшегіш өріс - кеңістіктегі негізгі G түйіні арқылы жасалған байланыс ретінде анықталады. G – өлшегіш топ, ол түйіннің әр талшығына жеке әрекет етеді. G түйініндегі байланыс М-нің жақын нүктелерінде талшықтарды қалай біріктіру керектігін көрсетеді. Ол F талшығына әсер ететін G үздіксіз симметрия тобынан басталады, содан кейін әр шексіз жолға топ элементін сәйкестендіреді. Кез келген жол бойынша топтық көбейту түйіннің бір нүктесінен екіншісіне қалай өтуге болатынын анықтайды, себебі жолға сәйкес G элементі F талшығына әрекет етеді. Математикада түйіннің анықтамасы топологияны баса көрсетуге бағытталған, сондықтан байланыс ұғымы кейіннен қосылады. Физикада байланыс – негізгі физикалық объект. Алгебралық топологиядағы сипаттамалық кластар теориясындағы маңызды байқаулардың бірі – тривиалды емес негізгі түйіндердің көптеген гомотоптық құрылымдарын оның үстіндегі кез келген байланыстағы кейбір полиномның интегралы ретінде беруге болады. Ескеріңіз, тривиалды түйін арқылы жасалған байланыс тривиалды емес негізгі түйін бермейді. Егер кеңістік-уақыттың барлық мүмкін байланыстар жиыны байланысқан болса, онда G түйіні де байланысқан болады. Бірақ кеңістік-уақыттан уақытқа ұқсас әлемдік сызықты алып тастағанда не болады? Нәтижесіндегі кеңістік-уақыт топологиялық сфераға S^(2) гомотоптық тең болады. S^(2) сферасы бойынша негізгі G түйіні екі кескішпен анықталады, әрқайсысы ашық 2 шарға гомеоморфты, ал олардың қиылысуы S^(1)×I жолағына гомеоморфты. 2 шар гомотоптық жағынан тривиалды, ал жолақ гомотоптық жағынан шеңберге S^(1) тең. Сондықтан, мүмкін байланыстардың топологиялық жіктелуі ауысу функцияларын жіктеуге дейін тоғытылады. Ауысу функциясы жолақты G-ге бейнелейді, ал жолақты G-ге бейнелеудің әртүрлі тәсілдері G-дің бірінші гомотопиялық тобымен беріледі. Осылайша, G түйінінің формуласында гаудж теориясы G жай ғана байланысқан емес, топты айналып өтетін және тұрақты жолға (бір нүктеден тұратын жол) деформацияланбайтын жолдар болғанда Дирак монопольдерін қабылдайды. U(1), квантталған зарядтары бар, жай ғана байланысқан емес және Дирак монопольдерін қабылдай алады, ал оның әмбебап жабу тобы жай ғана байланысқан, квантталған зарядтары жоқ және Дирак монопольдерін қабылдамайды. Математикалық анықтама физикалық анықтамамен сәйкес келеді, егер Дирак өлшегіш өрістері тек жамау бойынша анықталса және әртүрлі жамаулардағы өлшегіш өрістер өлшегіш түрлендіруден кейін біріктірілсе. Жалпы магниттік ағын – негізгі түйіннің бірінші Черн санынан басқа ештеңе емес, ол тек негізгі түйіннің таңдалуына байланысты, ал оның үстіндегі нақты байланысқа емес. Басқаша айтқанда, ол топологиялық инвариант. Монопольдерге қатысты бұл аргумент таза U(1) теориясы үшін лассо аргументінің қайталауы болып табылады. Ол d ≥ 2 үшін d + 1 өлшемге бірнеше жолмен жалпыланады. Бір жолы – барлық нәрсені қосымша өлшемдерге кеңейту, сонда U(1) монопольдер d − 3 өлшемді беттерге айналады. Тағы бір жолы – гомотопиялық топтағы топологиялық сингулярлық түрін зерттеу.

In mathematics, a (classical) gauge field is defined as a connection over a principal G bundle over spacetime. G is the gauge group, and it acts on each fiber of the bundle separately. A connection on a G bundle tells you how to glue fibers together at nearby points of M. It starts with a continuous symmetry group G that acts on the fiber F, and then it associates a group element with each infinitesimal path. Group multiplication along any path tells you how to move from one point on the bundle to another, by having the G element associated to a path act on the fiber F.

In mathematics, the definition of bundle is designed to emphasize topology, so the notion of connection is added on as an afterthought. In physics, the connection is the fundamental physical object. One of the fundamental observations in the theory of characteristic classes in algebraic topology is that many homotopical structures of nontrivial principal bundles may be expressed as an integral of some polynomial over any connection over it. Note that a connection over a trivial bundle can never give us a nontrivial principal bundle. If spacetime is the space of all possible connections of the G bundle is connected. But consider what happens when we remove a timelike worldline from spacetime. The resulting spacetime is homotopically equivalent to the topological sphere S^(2). A principal G bundle over S^(2) is defined by covering S^(2) by two charts, each homeomorphic to the open 2 ball such that their intersection is homeomorphic to the strip S^(1)×I. 2 balls are homotopically trivial and the strip is homotopically equivalent to the circle S^(1). So a topological classification of the possible connections is reduced to classifying the transition functions. The transition function maps the strip to G, and the different ways of mapping a strip into G are given by the first homotopy group of G.

So in the G bundle formulation, a gauge theory admits Dirac monopoles provided G is not simply connected, whenever there are paths that go around the group that cannot be deformed to a constant path (a path whose image consists of a single point). U(1), which has quantized charges, is not simply connected and can have Dirac monopoles while , its universal covering group, is simply connected, doesn't have quantized charges and does not admit Dirac monopoles. The mathematical definition is equivalent to the physics definition provided that—following Dirac—gauge fields are allowed that are defined only patch wise, and the gauge field on different patches are glued after a gauge transformation. The total magnetic flux is none other than the first Chern number of the principal bundle, and depends only upon the choice of the principal bundle, and not the specific connection over it. In other words, it is a topological invariant. This argument for monopoles is a restatement of the lasso argument for a pure U(1) theory. It generalizes to d + 1 dimensions with d ≥ 2 in several ways. One way is to extend everything into the extra dimensions, so that U(1) monopoles become sheets of dimension d − 3. Another way is to examine the type of topological singularity at a point with the homotopy group .

Үлкен біріктірілген теориялар

Соңғы жылдары жаңа теориялар тобы магниттік монопольдердің бар екендігін де ұсынды. 1970-ші жылдардың басында кванттық өріс теориясы мен электромагниттік теорияның дамуындағы және күшті ядролық күштің математикасындағы өлшегіш теориясының табыстары көптеген теоретиктерді оларды Grand Unified Theory (GUT) деп аталатын бір теорияда біріктіруге тырысуға итермеледі. Бірнеше GUT ұсынылды, олардың көпшілігі нақты магниттік монополь бөлшегінің болуын білдірді. Дәлірек айтқанда, GUT дион деп аталатын бөлшектердің диапазонын болжады, олардың ең негізгі жағдайы монополь болды. GUT-термен болжанатын магниттік монопольдердегі заряд теорияға байланысты 1 немесе 2 gD-ге тең. Кез келген кванттық өріс теориясында пайда болатын бөлшектердің көпшілігі тұрақсыз және олар әр түрлі консервациялық заңдарды қанағаттандыруы тиіс әр түрлі реакцияларда басқа бөлшектерге ыдырайды. Тұрақты бөлшектер тұрақты, өйткені олар ыдырайтын жеңіл бөлшектер жоқ және олар әлі де сақталу заңдарын қанағаттандырады. Мысалы, электронның лептондар саны 1 және электр заряды 1 болады, ал бұл мәндерді сақтайтын жеңіл бөлшектер жоқ. Екінші жағынан, мюон, негізінен ауыр электрон, электронды және екі квант энергияны бөліп шығарып ыдырай алады, сондықтан ол тұрақты емес. Бұл GUT-тағы диондар да тұрақты, бірақ мүлдем басқа себеппен. Диондар ерте Ғаламның "мұздап қалуының" немесе симметрияның бұзылуының жанама салдары ретінде болады деп күтілуде. Бұл сценарийде диондар Ғаламның белгілі бір аймағындағы вакуумның конфигурациясына байланысты пайда болады, Дирактың бастапқы теориясына сәйкес. Олар тұрақты болып қалады, себебі олар сақталу жағдайына байланысты емес, бірақ олар ыдырайтын қарапайым топологиялық жағдай жоқ. Бұл арнайы вакуумдық конфигурация бар ұзындығының шкаласы жүйенің корреляциялық ұзындығы деп аталады. Корреляциялық ұзындығы себептілік рұхсат ететінінен үлкен бола алмайды, сондықтан магниттік монопольдерді жасау үшін корреляциялық ұзындығы кеңейіп жатқан Ғаламның метрикасымен айқындалған көкжиек өлшеміне тең болуы керек. Бұл логикаға сәйкес, горизонт көлемінде кем дегенде бір магниттік монополь болуы керек, өйткені симметрияның бұзылуы орын алған кезде. Үлкен жарылыстан кейінгі оқиғалардың космологиялық модельдері көкжиек көлемінің қандай болғаны туралы болжау жасайды, бұл қазіргі монополь тығыздығы туралы болжауға әкеледі. Ертедегі модельдер эксперименттік дәлелдерге айқын қайшы келетін монопольдердің аса жоғары тығыздығын болжады. Бұл "монополь мәселесі" деп аталды. Оның кеңінен қабылданған шешімі монопольдердің бөлшектер физикасының болжамында емес, олардың қазіргі тығыздығын анықтау үшін қолданылатын космологиялық модельдерде болды. Нақтырақ айтқанда, соңғы ғаламдық инфляция теориясы магниттік монопольдердің болжамды санын азайтады, тығыздығы адам баласы ешқашан көрмегенін таңқаларлық емес етіп жеткілікті. "Монополь мәселесін" шешу ғаламдық инфляция теориясының табысы ретінде қарастырылды. (Әрине, бұл тек бөлшектер физикасының монополь болжамы дұрыс болса ғана маңызды жетістік болады.) Осы себептермен, монопольдер 1970 және 80-жылдары протондық ыдырауы сияқты GUT-тің басқа да "жетуге болатын" болжамдарымен бірге үлкен қызығушылыққа ие болды. Бұл GUT-тар болжаған басқа бөлшектердің көбі қазіргі эксперименттермен анықтау мүмкін емес. Мысалы, X және Y бозондары деп аталатын бөлшектердің кең класы электро әлсіз және күшті күштердің бірігуіне қатысады деп болжанады, бірақ бұл бөлшектер өте ауыр және кез-келген ақылға қонымды бөлшектер үдеткішінің мүмкіндіктерінен тыс.

In more recent years, a new class of theories has also suggested the existence of magnetic monopoles. During the early 1970s, the successes of quantum field theory and gauge theory in the development of electroweak theory and the mathematics of the strong nuclear force led many theorists to move on to attempt to combine them in a single theory known as a Grand Unified Theory (GUT). Several GUTs were proposed, most of which implied the presence of a real magnetic monopole particle. More accurately, GUTs predicted a range of particles known as dyons, of which the most basic state was a monopole. The charge on magnetic monopoles predicted by GUTs is either 1 or 2 gD, depending on the theory. The majority of particles appearing in any quantum field theory are unstable, and they decay into other particles in a variety of reactions that must satisfy various conservation laws. Stable particles are stable because there are no lighter particles into which they can decay and still satisfy the conservation laws. For instance, the electron has a lepton number of one and an electric charge of one, and there are no lighter particles that conserve these values. On the other hand, the muon, essentially a heavy electron, can decay into the electron plus two quanta of energy, and hence it is not stable. The dyons in these GUTs are also stable, but for an entirely different reason. The dyons are expected to exist as a side effect of the "freezing out" of the conditions of the early universe, or a symmetry breaking. In this scenario, the dyons arise due to the configuration of the vacuum in a particular area of the universe, according to the original Dirac theory. They remain stable not because of a conservation condition, but because there is no simpler topological state into which they can decay. The length scale over which this special vacuum configuration exists is called the correlation length of the system. A correlation length cannot be larger than causality would allow, therefore the correlation length for making magnetic monopoles must be at least as big as the horizon size determined by the metric of the expanding universe. According to that logic, there should be at least one magnetic monopole per horizon volume as it was when the symmetry breaking took place. Cosmological models of the events following the Big Bang make predictions about what the horizon volume was, which lead to predictions about present day monopole density. Early models predicted an enormous density of monopoles, in clear contradiction to the experimental evidence. This was called the "monopole problem". Its widely accepted resolution was not a change in the particle physics prediction of monopoles, but rather in the cosmological models used to infer their present day density. Specifically, more recent theories of cosmic inflation drastically reduce the predicted number of magnetic monopoles, to a density small enough to make it unsurprising that humans have never seen one. This resolution of the "monopole problem" was regarded as a success of cosmic inflation theory. (However, of course, it is only a noteworthy success if the particle physics monopole prediction is correct.) For these reasons, monopoles became a major interest in the 1970s and 80s, along with the other "approachable" predictions of GUTs such as proton decay. Many of the other particles predicted by these GUTs were beyond the abilities of current experiments to detect. For instance, a wide class of particles known as the X and Y bosons are predicted to mediate the coupling of the electroweak and strong forces, but these particles are extremely heavy and well beyond the capabilities of any reasonable particle accelerator to create.

Магниттік монополдарды іздеу

Магниттік монопольдерді эксперименттік іздеуді екі санатқа бөлуге болады: бұрыннан бар магниттік монопольдерді табуға тырысатындар және жаңа магниттік монопольдерді жасау мен табуға тырысатындар. Магниттік монопольді сым орамға өткізгенде орамдағы таза ток өзгереді. Бұл магниттік диполь немесе жоғары ретті магниттік полюс үшін орын алмайды, себебі олар үшін туындаған таза ток нөлге тең, сондықтан бұл эффект магниттік монопольдің болуын анықтау үшін нақты сынақ ретінде қолданылуы мүмкін. Созылатын ток, кедергісі бар сымда өз энергиясын жылу түрінде жылдам жоғалтады, бірақ суперөткізгіш контурда туындаған ток ұзақ сақталады. Жоғары сезімтал «суперөткізгіш кванттық интерференциялық құрылғыны» (SQUID) пайдалану арқылы, принципі бойынша, тіпті жалғыз магниттік монопольді де анықтауға болады. Стандартты инфляциялық космология бойынша, инфляциядан бұрын пайда болған магниттік монопольдер бүгін өте төмен тығыздыққа дейін азайып кеткен болар еді. Магниттік монопольдер инфляциядан кейін, қайта қыздыру кезеңінде термиялық түрде де пайда болуы мүмкін. Дегенмен, қайта қыздыру температурасының қазіргі шектері 18 шамасына жетеді, сондықтан магниттік монопольдердің тығыздығы бүгінгі күні теориямен нақты шектелмейді. Бұрыннан бар магниттік монопольдерді іздеу бойынша көптеген зерттеулер жүргізілді. 1982 жылғы 14 ақпанда Блас Кабрера Наварро жазған бір қызықты оқиға болды (сондықтан кейде «Валентин күні монополі» деп аталады), бірақ магниттік монопольдің бар екенін дәлелдейтін қайталанатын мәліметтер әлі табылмады. Оның зерттеуінде, магниттік монопольге байланысты деп есептелген ғарыштық сәуле оқиғасының траекториясы платина ядросының алдымен осмийге, содан кейін танталга ыдырауының траекториясымен қайта жаңғыртуға болатыны көрсетілді. Магниттік монопольдерді жасау үшін жоғары энергиялы бөлшектерді шашыратушылары қолданылды. Магниттік зарядтың сақталу заңына сәйкес, магниттік монопольдер жұптар түрінде, біреуі солтүстік полюсті, екіншісі оңтүстік полюсті болуы керек. Энергияның сақталу заңына сәйкес, тек шашыратылған бөлшектердің массалық энергиясының жартысынан аз массасы бар магниттік монопольдер ғана пайда болуы мүмкін. Бұдан өзге, жоғары энергиялы бөлшектердің шашырауы кезінде магниттік монопольдердің пайда болуы туралы теориялық білім өте аз. Бұл олардың үлкен магниттік зарядына байланысты, ол барлық стандартты есептеу әдістерін жарамсыз етеді. Сондықтан, коллайдерлік іздеулер әзірге магниттік монопольдердің массасының төменгі шегін анықтай алмайды. Дегенмен, олар энергияның функциясы ретінде жұптардың пайда болу ықтималдығының (немесе қимасының) жоғарғы шегін анықтай алады. Үлкен адрондық коллайдердегі ATLAS эксперименті қазіргі уақытта Дрелл-Ян жұптары арқылы жасалған 1 және 2 Дирак заряды бар магниттік монопольдердің ең қатаң қима шектеріне ие. Венди Тейлор басқаратын команда бұл бөлшектерді ұзақ өмір сүретін (жылдам ыдырамайтын) және жоғары иондаушы (материямен өзара әрекеттесуі негізінен иондау) деп сипаттайтын теорияларға сүйене отырып іздейді. 2019 жылы ATLAS детекторындағы магниттік монопольдерді іздеу 13 ТэВ массалық энергиясы бар LHC Run 2 соқтығысынан алынған деректер бойынша алғашқы нәтижелерді ұсынды, бұл 34,4 фб−1 көлеміндегі ең үлкен деректер жиынтығы болып табылады. MoEDAL эксперименті, Үлкен адрондық коллайдерде орнатылған, ядролық іздерді анықтағыштар мен LHCb VELO детекторының айналасындағы алюминий тақталарын пайдалана отырып, магниттік монопольдер мен үлкен суперсимметриялық бөлшектерді іздеуде. Олар іздеген бөлшектер өздерінің траекториясы бойында ядролық іздерді анықтағыштарды құрайтын пластик парақтарға зақым келтіреді, сонымен қатар алюминий тақталар жеткілікті баяу қозғалатын магниттік монопольдерді ұстап ала алады. Содан кейін тақталар SQUID арқылы өтеді және талдау жүргізіледі. Астрофизик Игорь Новиков макроскопиялық қара тесіктердің өрістері Эйнштейн-Розен көпіріне кіреберіс құрайтын әлеуетті магниттік монопольдер екенін айтады.

Experimental searches for magnetic monopoles can be placed in one of two categories: those that try to detect preexisting magnetic monopoles and those that try to create and detect new magnetic monopoles. Passing a magnetic monopole through a coil of wire induces a net current in the coil. This is not the case for a magnetic dipole or higher order magnetic pole, for which the net induced current is zero, and hence the effect can be used as an unambiguous test for the presence of magnetic monopoles. In a wire with finite resistance, the induced current quickly dissipates its energy as heat, but in a superconducting loop the induced current is long lived. By using a highly sensitive "superconducting quantum interference device" (SQUID) one can, in principle, detect even a single magnetic monopole. According to standard inflationary cosmology, magnetic monopoles produced before inflation would have been diluted to an extremely low density today. Magnetic monopoles may also have been produced thermally after inflation, during the period of reheating. However, the current bounds on the reheating temperature span 18 orders of magnitude and as a consequence the density of magnetic monopoles today is not well constrained by theory. There have been many searches for preexisting magnetic monopoles. Although there has been one tantalizing event recorded, by Blas Cabrera Navarro on the night of February 14, 1982 (thus, sometimes referred to as the "Valentine's Day Monopole"), there has never been reproducible evidence for the existence of magnetic monopoles. In his paper it was demonstrated that the path of the cosmic ray event that was claimed due to a magnetic monopole could be reproduced by the path followed by a platinum nucleus decaying first to osmium, and then to tantalum. High energy particle colliders have been used to try to create magnetic monopoles. Due to the conservation of magnetic charge, magnetic monopoles must be created in pairs, one north and one south. Due to conservation of energy, only magnetic monopoles with masses less than half of the center of mass energy of the colliding particles can be produced. Beyond this, very little is known theoretically about the creation of magnetic monopoles in high energy particle collisions. This is due to their large magnetic charge, which invalidates all the usual calculational techniques. As a consequence, collider based searches for magnetic monopoles cannot, as yet, provide lower bounds on the mass of magnetic monopoles. They can however provide upper bounds on the probability (or cross section) of pair production, as a function of energy. The ATLAS experiment at the Large Hadron Collider currently has the most stringent cross section limits for magnetic monopoles of 1 and 2 Dirac charges, produced through Drell–Yan pair production. A team led by Wendy Taylor searches for these particles based on theories that define them as long lived (they do not quickly decay), as well as being highly ionizing (their interaction with matter is predominantly ionizing). In 2019 the search for magnetic monopoles in the ATLAS detector reported its first results from data collected from the LHC Run 2 collisions at center of mass energy of 13 TeV, which at 34.4 fb−1 is the largest dataset analyzed to date. The MoEDAL experiment, installed at the Large Hadron Collider, is currently searching for magnetic monopoles and large supersymmetric particles using nuclear track detectors and aluminum bars around LHCb's VELO detector. The particles it is looking for damage the plastic sheets that comprise the nuclear track detectors along their path, with various identifying features. Further, the aluminum bars can trap sufficiently slowly moving magnetic monopoles. The bars can then be analyzed by passing them through a SQUID. The astrophysicist Igor Novikov argues that the fields of macroscopic black holes are potential magnetic monopoles, representing the entrance to an Einstein–Rosen bridge.