[論文レビュー] Chiral Magnetic "Superfluidity"

Andrey V. Sadofyev, Yi Yin|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2015

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、強い磁場下におけるキラル媒体における重い不純物の摩擦のない流れであるキラル磁気超流動性を提案する。ここで、異常なキラル磁気電流は抵抗を引き起こさない。Landauの超流動性基準を一般化することで、磁場に沿った縦方向の運動が有限温度でも超流動的挙動を示すことが示され、これは従来の超流動性とは異なる。

ABSTRACT

We study a heavy impurity moving longitudinal with the direction of an external magnetic field in an chiral medium. Such system would carry a non-dissipative current of chiral magnetic effect associated with the anomaly. We show, by generalizing Landau's criterion for superfluidity, that the anomalous component which gives rise to the transport will {\it not} contribute to the drag experienced by an impurity. We argue on a very general basis that those systems with a strong magnetic field would exhibit the behavior of superfluidity -- the motion of the heavy impurity is frictionless, in analogy to the case of a superfluid. However, this superfluidity exists even for chiral media at finite temperature and only in the longitudinal direction with the magnetic field, in contrast to the ordinary superfluid. We will call this novel phenomenon as the Chiral Magnetic Superfluidity. We demonstrate and confirm our general results with two complementary examples: weakly coupled chiral fermion gases and strongly interacting chiral liquids.

研究の動機と目的

• 強い磁場下のキラル媒体が重い不純物に対して超流動的挙動を示すかどうかを調査すること。
• 量子異常駆動のキラル磁気効果が、摩擦なしの非散逸的電流を生じるかどうかを特定すること。
• 従来の超流動体を超えるキラル系における超流動性の一般基準を確立すること。
• 弱い相互作用および強い相互作用を示すキラル媒体の両方でこの現象を検証すること。
• この新しい超流動性の方向性および温度依存性を明確にすること。

提案手法

• 軸方向異常を有するキラル系にLandauの超流動性基準を一般化すること。
• キラル媒体内で磁場に沿って運動する重い不純物に働く抵抗力を分析すること。
• 有効場理論および流体力学的手法を用いてキラルフェルミオンガスをモデル化すること。
• 強い結合法を用いてキラル液体を研究し、弱結合領域を超える結果を確認すること。
• キラル異常が非散逸的電流を生成し、それが抵抗に寄与しない役割を果たすことを検証すること。
• 横方向の運動は同様の超流動的挙動を示さないため、縦方向の運動に限定して分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い磁場下のキラル媒体内では、重い不純物が摩擦のない運動を経験できるか？
• RQ2 異常なキラル磁気電流は、運動する不純物に働く抵抗力に寄与するか？
• RQ3 キラル媒体では有限温度下でも超流動性が可能であり、磁場方向にのみ現れるか？
• RQ4 キラル異常は、このような系における非散逸的輸送の出現にどのように寄与するか？
• RQ5 この現象は、弱い相互作用および強い相互作用を示すキラル液体の両方で一貫して記述可能か？

主な発見

• 異常なキラル磁気電流は、磁場に平行に運動する重い不純物に働く抵抗力に寄与しない。
• 一般化されたLandau基準の結果として、キラル磁気超流動性が有限温度でも顕在する。
• 超流動的挙動は厳密に縦方向に限定されており、磁場方向にのみ摩擦のない流れが観測される。
• この現象は、弱い結合キラルフェルミオンガスおよび強い相互作用キラル液体の両方で頑健に確認されている。
• この超流動性は、そのキラル性および磁場依存性から、従来の超流動性とは本質的に異なる。
• 長距離秩序が存在しないにもかかわらず、エネルギー損失のない非散逸的輸送を支持しており、超流動性の特徴的性質を示す。