Spin polarisering induceret af shear flow

Kinesiske forskere opdagede for nylig en ny effekt, der kan generere spin-polarisering i væske. Den nye effekt, som kaldes "shear-induced polarization (SIP), " forudsiger, at shear flow kan inducere polarisering i momentumrummet.

Denne forskning blev udført af forskere fra Institute of Modern Physics (IMP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS), sammen med deres samarbejdspartnere ved Peking University og Central China Normal University, der studerede polarisering induceret af shear flow for første gang. Deres opdagelser blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve og Journal of High Energy Physics .

I strømmende væske, man kan observere nogle specielle mønstre i flowfeltet, såsom dem, der dannes af den hvirvelstrøm, som roterer rundt om et center og er relateret til væskens orbitale vinkelmoment. På grund af spin-kredsløbskobling, hvirvelstrømmens orbitale vinkelmoment kan overføres til en partikels spin. Denne hvirvelinducerede spinpolarisering er blevet observeret i en kvantevæske.

Udover hvirvelstrøm, shear flow er også ret almindeligt i væsker. Imidlertid, det er langt mindre intuitivt, hvordan shear flow er relateret til vinkelmomentum. Dermed, hvordan det påvirker spinpolarisering er aldrig blevet undersøgt før.

I denne forskning, ved hjælp af relativistisk mange-legeme kvanteteori og lineær respons teori, forskerne undersøgte systematisk spinpolarisering i et hydrodynamisk medium. De opdagede, at shear flow, selvom det ikke er intuitivt relateret til orbitalt vinkelmoment, genererer også spin-polarisering i momentumrummet gennem spin-orbit-kobling.

Anvender en relativistisk hydrodynamisk model, forskerne undersøgte derefter, hvordan denne nye SIP-effekt manifesterer sig i relativistiske tung-ion-kollisioner. Da tidligere undersøgelser ikke inkluderer SIP-effekten, deres forudsigelser har altid det modsatte fortegn sammenlignet med eksperimentelle observationer. Denne uoverensstemmelse kaldes nogle gange "spin-tegn-puslespillet" og har generet forskersamfundet i flere år.

Imidlertid, når SIP-effekten er inkluderet, den mærkelige kvarkpolarisering forudsagt af teorien demonstrerer et mønster svarende til den målte Lambda-polarisering i eksperimenter.

I betragtning af det tætte forhold mellem mærkelig kvarkpolarisering og lambdapolarisering, den nuværende undersøgelse forventes at være et væsentligt skridt hen imod den endelige løsning af spin-tegn-puslespillet.

Dette arbejde blev støttet af Kinas National Natural Science Foundation og CAS' Strategic Priority Research Program.