[論文レビュー] Chiral Magnetic-Vortical Wave

David Frenklakh|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、外部磁場下における回転するキラル媒体において、キラル磁気・渦流波（CMVW）を同定し、その特徴を明らかにした。CMVWは、キラル磁気波（CMW）とキラル渦流波（CVW）の速度のベクトル和に起因するものであることが示された。流体力学的および運動論的理論を用い、緩和時間近似を適用することで、CMVWがBおよびωの一次の線形領域において非散乱的であることが証明され、純粋に実数の分散関係を持つことが示された。

ABSTRACT

We study collective excitations in rotating chiral media in presence of magnetic field both in hydrodynamic framework and in kinetic theory. We find that the velocity of the mixed Chiral Magnetic-Vortical Wave is a vector sum of velocities of pure Magnetic and Vortical waves which do not exist separately under these conditions. We also use relaxation time approximation to prove that this wave itself is a non-dissipative phenomenon.

研究の動機と目的

• 回転と磁場が同時に作用するキラル系における集団励起を調査すること。
• キラル磁気効果（CME）とキラル渦流効果（CVE）の相互作用から、新たなハイブリッド励起が出現するかどうかを特定すること。
• 流体力学的および運動論的枠組みにおいて、キラル磁気・渦流波（CMVW）の存在と性質を確立すること。
• 緩和時間近似（RTA）を用いて、Bおよびωの一次の線形領域におけるCMVWの非散乱的性質を検証すること。

提案手法

• 軸およびベクトル化学ポテンシャルを組み込んだ流体力学的枠組みにおいて、CME、CSE、CVEを用いてキラル電流密度を定式化する。
• 密度および化学ポテンシャルの微小なフラクチュエーションを伴う右巻きフェルミオンの線形化連続方程式を導出する。
• 密度と化学ポテンシャルのフラクチュエーションを関係付ける感受率χR/Lを導入し、有効速度vR = |B + 2μ₀ω| / (4π²χR) を持つ波動方程式を導出する。
• 運動論的理論を用いて単一の右巻きワイルフェルミオンを扱い、衝突積分と有効磁場B′± = B ± 2pωを含む運動方程式を用いる。
• 緩和時間近似（RTA）を用いて分布関数の摂動を解き、異常モードの分散関係νaを導出する。
• 分散関係をBおよびωのべき級数に展開し、一次（異常）項νaを分離し、それが実数であることを証明することで、非散乱的挙動を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回転と磁場が同時に存在するキラル媒体において、新たな集団励起が出現するか？
• RQ2 この新たな励起の速度は、キラル磁気波（CMW）とキラル渦流波（CVW）の個々の速度とどのように関係するか？
• RQ3 緩和時間近似下において、キラル磁気・渦流波（CMVW）はBおよびωの一次の線形領域で散乱的か？
• RQ4 CMVWの分散関係の構造は何か？また、ギャップレスで非散乱的モードを支持するか？

主な発見

• キラル磁気・渦流波（CMVW）の速度は、純粋なCMWおよびCVW速度のベクトル和であり、vR = |B + 2μ₀ω| / (4π²χR) で与えられる。
• B + 2μ₀ω = 0 のとき、線形波の速度は消え、非線形効果が支配的となり、ソリトン的解に依存するホープ型方程式が得られる。
• 緩和時間近似（RTA）において、分散関係の異常部νaは純粋に実数であり、CMVWがBおよびωの一次の線形領域で非散乱的であることを示している。
• 長波長近似（kτ ≪ 1）において、νaの分散関係はνa = k(B + 2μ₀ω)/(4π²χ) で与えられ、波動の存在と非散乱的性質を確認する。
• 運動論的理論による導出は流体力学的結果を確認しており、CMVWに関して流体力学的および運動論的枠組みの整合性が示された。
• 非散乱的性質は、衝突緩和を含んでも、νaの虚数部がBおよびωの一次の線形領域で消えることによって生じる。