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　　在流動(dòng)的流體中，?？砂l(fā)現(xiàn)流場(chǎng)呈現(xiàn)出一些特定形態(tài)，比如渦旋。渦旋代表著流體的轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)又與軌道角動(dòng)量直接相關(guān)，并且軌道角動(dòng)量與自旋角動(dòng)量存在耦合。在流體態(tài)的量子系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)渦旋會(huì)引起自旋極化。除了渦旋，流體中還存在一種由剪切流產(chǎn)生的流場(chǎng)。因?yàn)檫@種形態(tài)的流場(chǎng)與轉(zhuǎn)動(dòng)及角動(dòng)量并沒(méi)有直觀(guān)的聯(lián)系，此前從未有文獻(xiàn)系統(tǒng)地研究過(guò)剪切流與自旋的關(guān)系。 

　　圖1：左：渦旋流流場(chǎng)引起的極化。右: 剪切流流場(chǎng)引起的極化。紅色和黃色箭頭分別為粒子自旋和動(dòng)量方向。（圖/劉帥） 

　　近日，中科院近代物理研究所夸克物質(zhì)中心的科研人員和來(lái)自北京大學(xué)、華中師范大學(xué)的合作者，首次發(fā)現(xiàn)了剪切流也可以導(dǎo)致動(dòng)量空間的自旋極化效應(yīng)，并且研究了其在重離子碰撞中的現(xiàn)象學(xué)。相關(guān)成果發(fā)表在《高能物理學(xué)報(bào)》（JHEP）和《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。 

　　科研人員從相對(duì)論多體量子力學(xué)出發(fā)，利用線(xiàn)性響應(yīng)理論，對(duì)流體中的自旋展開(kāi)了系統(tǒng)的研究。理論上首次發(fā)現(xiàn)，除了已知渦旋流和溫度梯度導(dǎo)致的自旋極化外，還存在一項(xiàng)此前一直被忽略的極化效應(yīng)——剪切流導(dǎo)致的自旋極化（shear-induced polarization）。這個(gè)新效應(yīng)預(yù)言流體中的剪切流，雖然與轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有直觀(guān)聯(lián)系，但是仍會(huì)通過(guò)自旋軌道耦合影響自旋在動(dòng)量空間的分布。 

　　利用相對(duì)論流體力學(xué)模型，科研人員研究了這個(gè)新效應(yīng)在相對(duì)論重離子對(duì)撞中的表現(xiàn)。此前基于流體模型的理論預(yù)言，由于沒(méi)有考慮這個(gè)效應(yīng)，自旋隨動(dòng)量相角的變化一直和實(shí)驗(yàn)所觀(guān)察到的符號(hào)相反，常被稱(chēng)為“自旋符號(hào)謎題”?？紤]了剪切流極化后，奇異夸克的總自旋與實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察到的Lambda超子自旋定性上一致。由于奇異夸克自旋與Lambda超子的自旋高度關(guān)聯(lián)，這項(xiàng)進(jìn)展將有助于研究者們最終解決這個(gè)自旋符號(hào)謎題。 

　　圖2：左：理論計(jì)算的奇異夸克自旋。實(shí)線(xiàn)為考慮了剪切流極化的結(jié)果，虛線(xiàn)表示未考慮該效應(yīng)的結(jié)果。右：實(shí)驗(yàn)測(cè)量的Lambda超子的自旋。（圖源/PRL） 

　　該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）的支持。 

　　文章鏈接：JHEP：https://link.springer.com/article/10.1007%2FJHEP07%282021%29188 

　　     PRL：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.142301 

　　（核物質(zhì)相結(jié)構(gòu)室   供稿）