左:渦流引起的極化;右:剪下流引起的極化。紅色和黃色箭頭分別表示自旋和動量方向。
中國研究人員最近發現了一種可以在流體中產生自旋極化的新效應。這一新的效應被稱為“剪下誘導極化(SIP)”，它預測剪下流可以在動量空間中誘發極化。
這項研究是由中國科學院現代物理研究所的科學家和北京大學、華中師範大學的合作者共同進行的，他們首次研究了剪下流誘導的極化。他們的發現發表在《物理評論快報》和《高能物理雜誌》上。
在流動的流體中，人們可以觀察到流場的一些特殊的模式，例如由旋轉流形成的，它圍繞一箇中心旋轉，與流體的軌道角動量有關。由於自旋-軌道耦合，渦旋流的軌道角動量可以轉化為粒子的自旋。在量子流體中已經觀察到這種渦流誘導的自旋極化。
除了渦旋流，剪下流在流體中也很常見。然而，切變流與角動量的關係遠沒有那麼直觀。因此，它是如何影響自旋極化的還從未被研究過。
本研究利用相對論多體量子理論和線性響應理論，系統地研究了流體力學介質中的自旋極化。他們發現，剪下流雖然與軌道角動量沒有直觀的聯絡，但也透過自旋軌道耦合在動量空間中產生自旋極化。
左:包含SIP效應(固體)或不包含SIP效應(虛線)的奇異夸克極化的理論計算;右圖:實驗測量的λ極化。
利用相對論流體力學模型，研究人員隨後研究了這種新的SIP效應如何在相對論重離子碰撞中體現。由於以前的研究沒有包括SIP效應，他們的預測總是與實驗觀察結果相反。這種差異有時被稱為“自旋符號謎題”，已經困擾了研究界好幾年。
然而，一旦包含了SIP效應，該理論預測的奇異夸克極化將顯示出與實驗中測量的Lambda極化相似的模式。
考慮到奇異夸克極化和Lambda極化之間的密切關係，目前的研究有望成為最終解決自旋符號之謎的關鍵一步。
國家自然科學基金專案和中國科學院戰略性先導研究計劃專案資助。
