剪切流诱导的自旋极化

左:涡流引起的极化;右:剪切流引起的极化。红色和黄色箭头分别表示自旋和动量方向。

中国研究人员最近发现了一种可以在流体中产生自旋极化的新效应。这一新的效应被称为“剪切诱导极化(SIP)”，它预测剪切流可以在动量空间中诱发极化。

这项研究是由中国科学院现代物理研究所的科学家和北京大学、华中师范大学的合作者共同进行的，他们首次研究了剪切流诱导的极化。他们的发现发表在《物理评论快报》和《高能物理杂志》上。

在流动的流体中，人们可以观察到流场的一些特殊的模式，例如由旋转流形成的，它围绕一个中心旋转，与流体的轨道角动量有关。由于自旋-轨道耦合，涡旋流的轨道角动量可以转化为粒子的自旋。在量子流体中已经观察到这种涡流诱导的自旋极化。

除了涡旋流，剪切流在流体中也很常见。然而，切变流与角动量的关系远没有那么直观。因此，它是如何影响自旋极化的还从未被研究过。

本研究利用相对论多体量子理论和线性响应理论，系统地研究了流体力学介质中的自旋极化。他们发现，剪切流虽然与轨道角动量没有直观的联系，但也通过自旋轨道耦合在动量空间中产生自旋极化。

左:包含SIP效应(固体)或不包含SIP效应(虚线)的奇异夸克极化的理论计算;右图:实验测量的λ极化。

利用相对论流体力学模型，研究人员随后研究了这种新的SIP效应如何在相对论重离子碰撞中体现。由于以前的研究没有包括SIP效应，他们的预测总是与实验观察结果相反。这种差异有时被称为“自旋符号谜题”，已经困扰了研究界好几年。

然而，一旦包含了SIP效应，该理论预测的奇异夸克极化将显示出与实验中测量的Lambda极化相似的模式。

考虑到奇异夸克极化和Lambda极化之间的密切关系，目前的研究有望成为最终解决自旋符号之谜的关键一步。

国家自然科学基金项目和中国科学院战略性先导研究计划项目资助。