Fysikere opdager skjulte aspekter af elektrodynamik

Radiobølger, mikrobølger og endda selve lyset er alle lavet af elektriske og magnetiske felter. Den klassiske teori om elektromagnetisme blev afsluttet i 1860'erne af James Clerk Maxwell. På det tidspunkt, Maxwells teori var revolutionerende, og leverede en samlet ramme til at forstå elektricitet, magnetisme og optik. Nu, ny forskning ledet af LSU Institut for Fysik og Astronomi Adjunkt Ivan Agullo, med kolleger fra Universidad de Valencia, Spanien, fremmer viden om denne teori. Deres seneste opdagelser er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Maxwells teori viser en bemærkelsesværdig egenskab:den forbliver uændret under udvekslingen af ​​de elektriske og magnetiske felter, når ladninger og strømme ikke er til stede. Denne symmetri kaldes den elektrisk-magnetiske dualitet.

Imidlertid, mens elektriske ladninger eksisterer, magnetiske ladninger er aldrig blevet observeret i naturen. Hvis magnetiske ladninger ikke eksisterer, symmetrien kan heller ikke eksistere. Dette mysterium har motiveret fysikere til at søge efter magnetiske ladninger, eller magnetiske monopoler. Imidlertid, ingen har haft succes. Agullo og hans kolleger har måske opdaget hvorfor.

"Tyngekraft ødelægger symmetrien uanset om magnetiske monopoler eksisterer eller ej. Dette er chokerende. Den nederste linje er, at symmetrien ikke kan eksistere i vores univers på det grundlæggende niveau, fordi tyngdekraften er overalt, " sagde Agullo.

Tyngdekraft, sammen med kvanteeffekter, forstyrrer den elektrisk-magnetiske dualitet eller symmetri af det elektromagnetiske felt.

Agullo og hans kolleger opdagede dette ved at se på tidligere teorier, der illustrerer dette fænomen blandt andre typer partikler i universet, kaldet fermioner, og anvendte det på fotoner i elektromagnetiske felter.

"Vi har været i stand til at skrive teorien om det elektromagnetiske felt på en måde, der minder meget om teorien om fermioner, og bevis dette fravær af symmetri ved at bruge kraftfulde teknikker, der blev udviklet til fermioner, " han sagde.

Denne nye opdagelse udfordrer antagelser, der kan påvirke anden forskning, herunder studiet af universets fødsel.

Det store brag

Satellitter indsamler data fra strålingen udsendt fra Big Bang, som kaldes den kosmiske mikrobølgebaggrund, eller CMB. Denne stråling indeholder værdifuld information om universets historie.

"Ved at måle CMB, vi får præcise oplysninger om, hvordan Big Bang skete, " sagde Agullo.

Forskere, der analyserer disse data, har antaget, at polariseringen af ​​fotoner i CMB ikke påvirkes af gravitationsfeltet i universet, hvilket kun er sandt, hvis der eksisterer elektromagnetisk symmetri. Imidlertid, da dette nye fund tyder på, at symmetrien ikke eksisterer på det grundlæggende niveau, polariseringen af ​​CMB kan ændre sig gennem den kosmiske evolution. Forskere skal muligvis tage dette i betragtning, når de analyserer dataene. Fokus i Agullos nuværende forskning er på, hvor meget denne nye effekt er.