[论文解读] Chiral Magnetic "Superfluidity"

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

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用 4

一句话总结

本文提出手征磁超流——一种在强磁场下手征介质中重杂质的新型无摩擦流动，其中反常手征磁电流不会产生阻力。通过推广朗道对超流性的判据，证明即使在有限温度下，沿磁场方向的纵向运动也表现出类似超流的行为，这与传统超流性不同。

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.

研究动机与目标

• 研究强磁场下手征介质是否能表现出重杂质的类似超流行为。
• 确定由量子反常驱动的手征磁效应是否能导致无耗散电流且无摩擦阻力。
• 建立超越传统超流体的手征系统中超流性的通用判据。
• 在弱相互作用和强相互作用的手征介质中验证该现象。
• 阐明这种新型超流性的方向依赖性和温度依赖性。

提出的方法

• 将朗道对超流性的判据推广至具有轴向反常的手征系统。
• 分析在手征介质中沿磁场方向运动的重杂质所受的阻力。
• 应用有效场论和流体力学方法来模拟手征费米子气体。
• 使用强耦合理论方法研究手征液体，确认结果在弱耦合之外依然成立。
• 研究手征反常在产生无耗散电流中的作用，该电流不贡献于阻力。
• 仅关注纵向运动，因为横向运动不表现出相同的超流行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在强磁场下，重杂质是否能在手征介质中经历无摩擦运动？
• RQ2 反常手征磁电流是否对运动杂质的阻力有贡献？
• RQ3 手征介质中是否可能在有限温度下实现超流性，且仅沿磁场方向？
• RQ4 手征反常如何影响此类系统中无耗散输运的出现？
• RQ5 该现象是否能在弱相互作用和强相互作用的手征液体中一致描述？

主要发现

• 反常手征磁电流不会对沿磁场方向运动的重杂质产生阻力。
• 手征磁超流性作为广义朗道判据的结果出现，即使在有限温度下也存在。
• 超流行为严格为纵向——仅与磁场方向对齐的运动表现出无摩擦流动。
• 该现象在弱耦合手征费米子气体和强相互作用手征液体中均具有鲁棒性并得到验证。
• 由于其手征性和磁场依赖性，该超流性与传统超流性本质不同。
• 该系统支持无耗散输运且无能量损失，具有超流性特征，尽管不存在长程序。