Os livros didáticos atuais freqüentemente se referem à força de Lorentz-Maxwell governada pela carga elétrica. Mas eles raramente se referem à extensão dessa teoria necessária para explicar a força magnética em uma partícula pontual. Para partículas elementares, como múons ou neutrinos, a força magnética aplicada a tais cargas é única e imutável. Contudo, ao contrário da carga elétrica, a força da força magnética não é quantizada. Para que a força magnética atue sobre eles, o campo magnético deve ser heterogêneo. Portanto, essa força é mais difícil de entender no contexto de partículas cuja velocidade é próxima da velocidade da luz.

Além disso, nossa compreensão de como uma partícula pontual carregando uma carga se move na presença de um campo magnético não homogêneo baseou-se até agora em duas teorias que se acreditava serem diferentes. O primeiro decorre do estudo de William Gilbert do magnetismo elementar no século 16, enquanto o segundo depende das correntes elétricas de André-Marie Ampère. Em um novo estudo publicado recentemente na EPJ C, os autores Johann Rafelski e colegas da Universidade do Arizona, EUA, conseguiu resolver essa ambigüidade entre as formas Ameperiana e Gilbertiana de força magnética. Sua solução permite caracterizar a interação de partículas cuja velocidade se aproxima da velocidade da luz na presença de campos eletromagnéticos não homogêneos.

No novo estudo, os autores presentes, pela primeira vez, um insight importante sobre como a não homogeneidade do campo magnético impacta a dinâmica de rotação das partículas, chamado de precessão de spin. Nenhum trabalho anterior reconheceu a necessidade de tornar a forma de torque magnético consistente com a forma de força magnética - o torque foi tornado consistente apenas com a força de Lorentz-Maxwell.

Este avanço permite que o impacto da não homogeneidade de campo no experimento de precisão seja quantificado. Ele busca resolver uma discrepância na compreensão das correções do campo quântico para o momento magnético do múon, uma partícula elementar freqüentemente chamada de "elétron pesado".

Essas descobertas podem ser aplicadas ao estudo de neutrinos, abrindo a porta para domínios além do modelo padrão da física de partículas. Rafelski e seus colegas mostram que a força magnética pode ser grande para partículas cuja velocidade é muito próxima da velocidade da luz.