Radiovågor, mikrovågor och till och med ljuset i sig är alla gjorda av elektriska och magnetiska fält. Den klassiska teorin om elektromagnetism fullbordades på 1860-talet av James Clerk Maxwell. Just då, Maxwells teori var revolutionerande, och gav ett enhetligt ramverk för att förstå elektricitet, magnetism och optik. Nu, ny forskning ledd av LSU Institutionen för fysik och astronomi biträdande professor Ivan Agullo, med kollegor från Universidad de Valencia, Spanien, fördjupar kunskapen om denna teori. Deras senaste upptäckter har publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Maxwells teori uppvisar en anmärkningsvärd egenskap:den förblir oförändrad under utbytet av elektriska och magnetiska fält, när laddningar och strömmar inte finns. Denna symmetri kallas den elektrisk-magnetiska dualiteten.

Dock, medan elektriska laddningar finns, magnetiska laddningar har aldrig observerats i naturen. Om magnetiska laddningar inte existerar, symmetrin kan inte heller existera. Detta mysterium har motiverat fysiker att söka efter magnetiska laddningar, eller magnetiska monopoler. Dock, ingen har lyckats. Agullo och hans kollegor kan ha upptäckt varför.

"Gravitationen förstör symmetrin oavsett om magnetiska monopoler existerar eller inte. Detta är chockerande. Summan av kardemumman är att symmetrin inte kan existera i vårt universum på den grundläggande nivån eftersom gravitationen finns överallt, sa Agullo.

Allvar, tillsammans med kvanteffekter, stör den elektrisk-magnetiska dualiteten eller symmetrin hos det elektromagnetiska fältet.

Agullo och hans kollegor upptäckte detta genom att titta på tidigare teorier som illustrerar detta fenomen bland andra typer av partiklar i universum, kallas fermioner, och applicerade det på fotoner i elektromagnetiska fält.

"Vi har kunnat skriva teorin om det elektromagnetiska fältet på ett sätt som mycket liknar teorin om fermioner, och bevisa denna frånvaro av symmetri genom att använda kraftfulla tekniker som utvecklades för fermioner, " han sa.

Denna nya upptäckt utmanar antaganden som kan påverka annan forskning inklusive studiet av universums födelse.

Big Bang

Satelliter samlar in data från strålningen som sänds ut från Big Bang, som kallas den kosmiska mikrovågsbakgrunden, eller CMB. Denna strålning innehåller värdefull information om universums historia.

"Genom att mäta CMB, vi får exakt information om hur Big Bang hände, sa Agullo.

Forskare som analyserar dessa data har antagit att polariseringen av fotoner i CMB inte påverkas av gravitationsfältet i universum, vilket är sant endast om elektromagnetisk symmetri existerar. Dock, eftersom detta nya fynd tyder på att symmetrin inte existerar på den grundläggande nivån, polariseringen av CMB kan förändras genom hela den kosmiska evolutionen. Forskare kan behöva ta hänsyn till detta när de analyserar data. Fokus för Agullos nuvarande forskning är hur mycket denna nya effekt är.