Les manuels actuels font souvent référence à la force de Lorentz-Maxwell régie par la charge électrique. Mais ils font rarement référence à l'extension de cette théorie nécessaire pour expliquer la force magnétique sur une particule ponctuelle. Pour les particules élémentaires, comme les muons ou les neutrinos, la force magnétique appliquée à de telles charges est unique et immuable. Cependant, contrairement à la charge électrique, l'intensité de la force magnétique n'est pas quantifiée. Pour que la force magnétique agisse sur eux, le champ magnétique doit être inhomogène. Par conséquent, cette force est plus difficile à comprendre dans le contexte de particules dont la vitesse est proche de la vitesse de la lumière.

De plus, notre compréhension de la façon dont une particule ponctuelle portant une charge se déplace en présence d'un champ magnétique inhomogène reposait jusqu'à présent sur deux théories que l'on croyait différentes. Le premier découle de l'étude de William Gilbert sur le magnétisme élémentaire au XVIe siècle, tandis que la seconde s'appuie sur les courants électriques d'André-Marie Ampère. Dans une nouvelle étude qui vient d'être publiée dans EPJ C, les auteurs Johann Rafelski et ses collègues de l'Université d'Arizona, ETATS-UNIS, réussi à lever cette ambiguïté entre les formes ampériennes et gilbertiennes de la force magnétique. Leur solution permet de caractériser l'interaction de particules dont la vitesse est proche de la vitesse de la lumière en présence de champs électromagnétiques inhomogènes.

Dans la nouvelle étude, les auteurs présents, pour la première fois, un aperçu important de l'impact de la non-homogénéité du champ magnétique sur la dynamique du spin des particules, appelé précession de spin. Aucun travail antérieur n'a reconnu la nécessité de rendre la forme du couple magnétique cohérente avec la forme de la force magnétique - le couple n'a été rendu compatible qu'avec la force de Lorentz-Maxwell.

Cette avancée permet de quantifier l'impact de la non-homogénéité du champ sur l'expérience de précision. Il cherche à résoudre une divergence dans la compréhension des corrections de champ quantique au moment magnétique du muon, une particule élémentaire souvent appelée « électron lourd ».

Ces résultats peuvent être appliqués à l'étude des neutrinos, ouvrant la porte à des domaines au-delà du modèle standard de la physique des particules. Rafelski et ses collègues montrent que la force magnétique peut être importante pour des particules dont la vitesse est très proche de la vitesse de la lumière.