The exploration of the universe has recently entered a new era thanks to the multi-messenger paradigm, characterized by a continuous increase in the quantity and quality of experimental data that is obtained by the detection of the various cosmic messengers (photons, neutrinos, cosmic rays and gravitational waves) from numerous origins. They give us information about their sources in the universe and the properties of the intergalactic medium. Moreover, multi-messenger astronomy opens up the possibility to search for phenomenological signatures of quantum gravity. On the one hand, the most energetic events allow us to test our physical theories at energy regimes which are not directly accessible in accelerators; on the other hand, tiny effects in the propagation of very high energy particles could be amplified by cosmological distances. After decades of merely theoretical investigations, the possibility of obtaining phenomenological indications of Planck-scale effects is a revolutionary step in the quest for a quantum theory of gravity, but it requires cooperation between different communities of physicists (both theoretical and experimental). This review, prepared within the COST Action CA18108 "Quantum gravity phenomenology in the multi-messenger approach", is aimed at promoting this cooperation by giving a state-of-the art account of the interdisciplinary expertise that is needed in the effective search of quantum gravity footprints in the production, propagation and detection of cosmic messengers.

We summarize the utility of precise cosmic microwave background (CMB) polarization measurements as probes of the physics of inflation. We focus on the prospects for using CMB measurements to differentiate various inflationary mechanisms. In particular, a detection of primordial B‐mode polarization would demonstrate that inflation occurred at a very high energy scale, and that the inflaton traversed a super‐Planckian distance in field space. We explain how such a detection or constraint would illuminate aspects of physics at the Planck scale. Moreover, CMB measurements can constrain the scale‐dependence and non‐Gaussianity of the primordial fluctuations and limit the possibility of a significant isocurvature contribution. Each such limit provides crucial information on the underlying inflationary dynamics. Finally, we quantify these considerations by presenting forecasts for the sensitivities of a future satellite experiment to the inflationary parameters.

Abstract Light carries intrinsic spin angular momentum (SAM) when the electric or magnetic field vector rotates over time. A familiar vector equation calculates the direction of light’s SAM density using the right-hand rule with reference to the electric and magnetic polarisation ellipses. Using Maxwell’s equations, this vector equation can be decomposed into a sum of two distinct terms, akin to the well-known Poynting vector decomposition into orbital and spin currents. We present the first general study of this spin decomposition, showing that the two terms, which we call canonical and Poynting spin, are chiral analogies to the canonical and spin momenta of light in its interaction with matter. Like canonical momentum, canonical spin is directly measurable. Both canonical and Poynting spin incorporate spatial variation of the electric and magnetic fields and are influenced by optical vortices. The decomposition allows us to show that a linearly polarised vortex beam, which has no total SAM, can nevertheless exert longitudinal chiral pressure due to equal and opposite canonical and Poynting spins.

Exposure to mixtures of toxic metals is known to cause adverse health effects through epigenetic alterations. Here we aimed to examine the unexplored area of aberrant DNA methylation in the H19/IGF2 domain following combined toxic metal exposure. An in vitro epigenotoxicity assay using the human normal liver epithelial cell line THLE-3 was conducted. When THLE-3 cells were exposed to specific concentrations of either organic arsenic or MeHgCl, an increase in the H19 lncRNA levels and a marked reduction in the IGF2 mRNA levels were observed. In contrast, combined exposures coupled with CdCl2 resulted in the transcriptional repression of H19 and transcriptional activation of IGF2. It should be noted that the correlation between the dysregulated expression of H19/IGF2 and the hypermethylated CpG sites within the H19 differentially methylated region (DMR) was statistically significant. Furthermore, we performed transcriptomic analysis of the hepatocytes exposed to toxic metal combinations indicating enrichment of pro-inflammatory and anti-proliferative pathways compared to the unexposed cells. Our results suggest that hazardous metal mixtures may trigger epigenetic aberrations at the H19/IGF2 locus. We propose that altered CpG methylation in the H19 DMR could be a candidate biomarker for hepatic epigenotoxicity, in part, due to environmental exposure.