相对论自旋流体力学

近年来,随着重离子碰撞实验中超子自旋极化与矢量介子自旋排列现象的发现,关于夸克胶子物质中自旋输运的理论研究也得到蓬勃发展,其中包括相对论自旋流体力学,它是描述自旋输运的流体力学理论.本文对相对论自旋流体力学的近期发展进行了综述,主要包括以下内容:(1)相对论自旋流体力学基本方程的推导,包括宏观的唯象学推导、基于有效场论的推导以及基于输运理论的推导;(2)该理论框架的一些特殊性质,包括能动量张量中的反对称结构以及赝规范变换性质等;(3)在Bjorken和Gubser膨胀体系中的解析解及其对于重离子碰撞物理的意义.

强磁场与涡旋场中的夸克胶子物质

相对论重离子碰撞可以产生高温的夸克胶子物质,同时也产生极强的电磁场和流体涡旋。在强电磁场和涡旋场中的夸克胶子物质呈现出新奇的宏观量子现象,比如手征磁效应、手征涡效应、手征分离效应、手征电分离效应、自旋极化现象等。它们一方面给我们提供了可以探测高温下量子色动力学的非平庸规范场拓扑结构、强相互作用的宇称破坏、夸克胶子物质中的自旋动力学等的实验手段,另一方面也与物理学其他分支,比如粒子物理、凝聚态物理、天体物理、冷原子物理等发生紧密联系,形成新的交叉研究领域。本文旨在对这些宏观量子现象的产生机制以及它们在相对论重离子碰撞中的探测等做一回顾和展望。特别地,我们揭示出重离子碰撞的磁场强度可以达到10^(18)~10^(20) G,流体涡旋可以达到10^(22) s^(-1);这是我们已知当前宇宙中最强的磁场和流体涡旋。我们定量地对同量素碰撞实验做了分析,发现即便背景比例达到93%以上,当前的同量素碰撞实验仍然可在大约3σ的显著性水平上判断是否有手征磁效应的发生。我们系统地给出了满足因果律的自旋流体力学方程,并推导了其中的集体激发模式,这将有助于理解超子自旋极化中出现的符号问题。