Chiral magnetic effect

From Wikipedia, the free encyclopedia

キラル磁気効果（CME）は、キラリティーの不均衡によって引き起こされる外部磁場に沿った電流の生成です。フェルミ粒子は、スピン量子数の運動量の明確な投影を維持する場合、キラルであると言われます。 CMEは、クォークグルーオンプラズマやディラックおよびワイル半金属などの荷電キラルフェルミ粒子を含むシステムに存在する巨視的量子現象です。[1] CMEは、場の量子論におけるカイラルアノマリーの結果です。従来の超伝導や超流動とは異なり、自発的な対称性の破れは必要ありません。キラル磁気電流は、トポロジー的に保護されているため、非散逸性です。左巻きと右巻きのキラルフェルミ粒子の密度の不均衡は、アティヤシンガー指数定理によるゲージ理論の場のトポロジーに関連しています。ディラック半金属ZrTe5におけるCMEの実験的観察は、ブルックヘブン国立研究所とストーニーブルック大学のグループによって2014年に報告されました。[2] [3]この材料は、平行磁場と電場のローレンツ力のない構成で導電率の増加を示しました。 2015年、ブルックヘブン国立研究所の相対論的重イオン衝突型加速器のSTAR検出器[4]とALICE：大型ハドロン衝突型加速器の大型イオン衝突型加速器実験CERN [5]は、クォークグルーオンにCMEが存在することの実験的証拠を示しました。プラズマ。[6]

The Chiral Magnetic Effect

Kenji Fukushima,

VI。キラルバッテリーキラリティーを蓄える充電式電池であるキラル磁気効果の興味深い仮想的な応用を指摘したいと思います。質量のないディラック方程式で記述された荷電フェルミオン準粒子を持つ架空の物質を想像してみましょう。このディラック方程式では、光速は準粒子のはるかに小さいフェルミ速度vFに置き換えられます。このような材料の最近の例は、グラフェンによって提供されます（レビューについては、[59]などを参照）。ただし、グラフェンのキラリティーは、上記で検討した「通常の」スピン状態とは関係がなく、代わりに副格子状態。より直接的には、私たちの考慮事項は、線形分散関係を持つゼロギャップ半導体、おそらくテルル化物に適用される可能性があります。この材料が有限量あれば、バッテリーとして使用できます。バッテリーは、平行な電場と磁場に置くことにより、軸方向の異常を使用して充電できます。充電時間は、軸方向の異常によって決まります。右利きモードと左利きモードのフェルミ準位が異なるため、バッテリーはエネルギーを蓄えます。ある意味で、この材料も「キラルコンデンサ」と見なされます。電界と磁界がない場合、キラリティーが保存されるため、バッテリーは放電しません。ここで、バッテリーを抵抗Rの回路要素に接続しましょう。バッテリーに正しい方向に磁場をかけると、キラル磁気効果により電流Jが誘導されます。磁場だけでは、バッテリー内のフェルミ粒子には作用しないことに注意してください。印加された磁場と温度の関数としてのこの電流の振る舞いは、セクション2の分析から得られます。 III。電流により、回路要素全体に電位差V = JRが発生します。その結果、同じ電位差がバッテリーにも存在します。したがって、電界は磁界と平行に発生します。この場合、軸方向の異常が再び作用してキラリティーが低下します。したがって、排出率は12軸異常によっても決定されます。単位体積あたりのキラル電池に蓄えられるエネルギー量Eを推定してみましょう。これは、仕事をするために使用できるエネルギーであるヘルムホルツ自由エネルギーに相当します。自由エネルギーは、キラル電荷密度がある場合とない場合の熱力学的ポテンシャルの差であり、式（1）を積分することで簡単に求めることができます。（43）5に関して。

VII。結論非ゼロのキラリティーを持つシステムは、磁場に沿って電流を誘導することにより、磁場に応答します。これがキラル磁気効果です。この記事では、キラリティー、バリオンの化学的ポテンシャル、および温度の関数としての電流の振る舞いが平衡状態で得られました。キラル磁気効果は、重イオン衝突を使用して調べることができます。可能性のある実験的観察-キラル磁気効果の観察は直接的な証拠である-グルーオン構成の存在と関連性の証拠-重要なトポロジーを持つ構成。さらに、QCDのP対称性の破れとCP対称性の破れをイベントごとに通知します。キラル磁気効果の完全な理論的理解は、観測量のより正確な予測の可能性を提供することにより、実験分析に役立ちます。キラル磁気効果はQCDと電磁効果の混合によるものであるため、非常に特徴的な動作をします。たとえば、実験で分析された相関関係子は、衝突する原子核の電荷の2乗に比例すると予想されます。この非常に特殊な振る舞いは、原子番号は同じで電荷が異なる原子核の衝突を測定することで調べることができます。より良い理論的理解があれば、より多くの予測を行うことができます。キラル磁気効果は、限定されていないキラル対称相でのみ機能します。キラル磁気効果が機能するためには、クォークを長距離にわたって分離する必要があるため、閉じ込めを解除する必要があります。キラル凝縮体は常に右巻きと左巻きのクォークの数の違いを洗い流すので、キラル対称性の回復が必要です。したがって、観察された場合、キラル磁気効果は、閉じ込め/非閉じ込めおよびキラル対称性の崩壊/回復遷移の秩序パラメーターとして使用される可能性があります。キラル磁気効果はQCDのP対称性の破れとCP対称性の破れの相互作用を精査するため、いわゆる強いCP問題をよりよく理解するのに役立ちます。この問題は、QCDラグランジアンへのP-およびCP-奇数θ項の追加がゲージ不変性を損なうことなく完全に許可されている場合でも、強い相互作用がPおよびCP対称性を明示的に壊さないという事実に関連しています。キラル磁気効果は、θが消失しない場合、原則として明示的なP対称性の破れとCP対称性の破れを引き起こす構成を精査します。キラル磁気効果は、初期宇宙の物理学にもよく似ています。物質と物質の非対称性を説明する1つのメカニズムは、電弱バリオン数生成です[10、14]。電弱スファレロンは、軸方向の異常CおよびCPの奇数効果を介して誘導します。その結果、バリオンとレプトン数が生成されます。このプロセスは、キラル磁気効果と非常によく似ています。大きな磁場および/またはアクシオン場のゼロ以外の期待値がその時に存在した場合、キラル磁気効果自体が初期宇宙で重要な役割を果たす可能性も十分にあります。