手征反常流體的量子輸運(yùn)理論取得重要進(jìn)展

    日前，物理學(xué)院王群教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在手征反常流體的量子輸運(yùn)理論研究中自然導(dǎo)出手征磁效應(yīng)、手征渦旋效應(yīng)和局域夸克極化效應(yīng) [Physical Review Letters 109, 232301(2012)]，受到中高能核物理界國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近日，他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與合作者再次取得重要進(jìn)展，導(dǎo)出了協(xié)變手征動(dòng)理學(xué)方程(Covariant Chiral Kinetic Equation)，這是一組新方程，該方程與凝聚態(tài)物理中的Berry位相有緊密聯(lián)系。通過這組方程可以用蒙特卡洛等幾率方法模擬重離子碰撞中量子反常流體演化，將成為數(shù)值模擬和唯象理論研究的工具。

    手征反常流體的量子輸運(yùn)理論精確地描述了美國布魯海汶國家實(shí)驗(yàn)室(BNL)和歐洲粒子物理研究中心(CERN)的相對論重離子碰撞實(shí)驗(yàn)中夸克膠子等離子體的手征磁效應(yīng)、手征渦旋效應(yīng)和手征反常效應(yīng)。Berry位相是凝聚態(tài)物理中用于描述某些材料拓?fù)湫再|(zhì)的一個(gè)重要概念，它跟量子霍爾效應(yīng)和自旋霍爾效應(yīng)等現(xiàn)象相關(guān)。

    研究小組首先得到了洛倫茲協(xié)變的4維手征動(dòng)理學(xué)方程，顯示系統(tǒng)在坐標(biāo)和動(dòng)量組成的相空間的演化過程包含了Berry位相的貢獻(xiàn)，而這個(gè)Berry位相可以看做手征反常效應(yīng)的來源。將方程的第4維動(dòng)量(能量分量)積分掉就得到3維動(dòng)量空間的手征動(dòng)理學(xué)方程，它自然包含了渦旋效應(yīng)項(xiàng)，這是兩個(gè)美國研究組所得到的3維手征動(dòng)理學(xué)方程所沒有的。此外方程中也有與凝聚態(tài)理論一致的Berry位相與磁場的耦合項(xiàng)。

    手征反常和手征磁效應(yīng)導(dǎo)致夸克膠子等離子體的電荷分離效應(yīng)

    這項(xiàng)工作有助于揭示高能重離子碰撞與凝聚態(tài)物理的聯(lián)系，發(fā)表在美國《物理評論快報(bào)》[Physical Review Letters 110, 262301(2013)]上。王群教授是論文的通訊作者。此工作由國家自然科學(xué)基金資助。