[論文レビュー] Chiral Heat Wave and wave mixing in chiral media

M. N. Chernodub|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2015

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、混合ゲージ・重力異常によって生じる相対論的キラル流体の回転下で、新たなギャップレス集団モード「キラル熱波（Chiral Heat Wave）」を提案する。このモードは有限密度においてキラル・バーチカル波と結合し、外部磁場下ではキラル磁気波と混合し、個々のモードとは異なる速度を持つ結合波を形成することを示している。

ABSTRACT

We show that a hot rotating fluid of relativistic chiral fermions possesses a new gapless collective mode associated with coherent propagation of energy density and chiral density waves along the axis of rotation. This mode, which we call the Chiral Heat Wave, emerges due to a mixed gauge-gravitational anomaly. At finite density the Chiral Heat Wave couples to the Chiral Vortical Wave while in the presence of an external magnetic field it mixes with the Chiral Magnetic Wave. The coupling of the Chiral Magnetic and Chiral Vortical Waves is also demonstrated. We find that the coupled waves - which are coherent fluctuations of the vector, axial and energy currents - have generally different velocities compared to the velocities of the individual waves.

研究の動機と目的

• 回転を伴う相対論的キラル流体において、新たなギャップレス集団励起状態「キラル熱波」を特定・特徴づけること。
• 混合ゲージ・重力異常がこのモードの出現を可能にする役割を調査すること。
• 有限キラル密度下でのキラル熱波とキラル・バーチカル波の結合を検討すること。
• 外部磁場が存在する状況下で、キラル熱波とキラル磁気波の混合を調査すること。
• 結合波モードの分散関係および伝播速度が、非結合状態のそれらと比較してどのように異なるかを特定すること。

提案手法

• キラルフェルミオンを含む相対論的キラル流体をモデル化するために、有効場理論技術を用いる。
• 混合ゲージ・重力異常から出発し、ベクトル、軸性、エネルギー流れの揺らぎを記述する流体力学方程式を導出する。
• ベクトル、軸性、エネルギー流れの揺らぎの連立系を解析し、集団モードを同定する。
• 回転（キラル・バーチカル波）、磁場（キラル磁気波）、および両者の併存という3つの状況下で、結合波の分散関係を解く。
• 線形応答理論を用いて、外部場の存在下でのベクトル、軸性、エネルギー流れのコherentlyな揺らぎを抽出する。
• 結合波の位相速度が個々の波のそれらと比較してどのように変化するかを評価し、モード混合効果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 混合ゲージ・重力異常によって、回転する相対論的キラル流体にどのような新規集団モードが出現するか？
• RQ2 有限キラル密度下で、キラル熱波はキラル・バーチカル波とどのように結合するか？
• RQ3 外部磁場が存在する場合、キラル熱波はキラル磁気波とどのように混合するか？
• RQ4 結合波モードの分散関係および伝播速度は、非結合状態のそれらと比較してどのように異なるか？
• RQ5 ベクトル、軸性、エネルギー流れのコherentlyな揺らぎは、特徴的な動的性質を持つ新たな集団モードを形成するか？

主な発見

• エネルギー密度波とキラル密度波のコherentな伝播として、新たなギャップレス集団モード「キラル熱波」が特定された。このモードは回転軸に沿って伝播する。
• キラル熱波は、相対論的キラル流体の流体力学的応答における混合ゲージ・重力異常によって生じる。
• 有限キラル密度下では、キラル熱波はキラル・バーチカル波と結合し、結合励起モードを形成する。
• 外部磁場が存在する場合、キラル熱波はキラル磁気波と混合し、新たな結合波モードを形成する。
• ベクトル、軸性、エネルギー流れのコherentな揺らぎから生じる結合波は、個々の波とは異なる伝播速度を示す。
• キラル、バーチカル、熱的ダイナミクスの間で非自明な相互作用が生じ、複数のコherentモードが存在し、それぞれが特徴的な分散関係を持つことが示された。