A gauche :la polarisation induite par l'écoulement tourbillonnaire; A droite :la polarisation induite par l'écoulement de cisaillement. Les flèches rouges et jaunes représentent les directions de rotation et de quantité de mouvement, respectivement. Crédit :Shuai Liu
Des chercheurs chinois ont récemment découvert un nouvel effet qui peut générer une polarisation de spin dans un fluide. Le nouvel effet, qui est appelée "polarisation induite par cisaillement (SIP), " prédit que l'écoulement de cisaillement peut induire une polarisation dans l'espace de quantité de mouvement.
Cette recherche a été menée par des scientifiques de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), avec leurs collaborateurs de l'Université de Pékin et de l'Université normale de Chine centrale, qui a étudié pour la première fois la polarisation induite par l'écoulement de cisaillement. Leurs découvertes ont été publiées dans Lettres d'examen physique et Journal de physique des hautes énergies .
Dans le fluide qui s'écoule, on peut observer certains modèles spéciaux du champ d'écoulement, tels que ceux formés par l'écoulement tourbillonnaire, qui tourne autour d'un centre et est lié au moment angulaire orbital du fluide. En raison du couplage spin-orbite, le moment angulaire orbital du flux tourbillonnaire peut être transféré au spin d'une particule. Cette polarisation de spin induite par le tourbillon a été observée dans un fluide quantique.
Outre l'écoulement tourbillonnaire, l'écoulement de cisaillement est également assez courant dans les fluides. Cependant, il est beaucoup moins intuitif de savoir comment l'écoulement de cisaillement est lié au moment cinétique. Ainsi, son effet sur la polarisation du spin n'a jamais été étudié auparavant.
Dans cette recherche, en utilisant la théorie quantique relativiste à N corps et la théorie de la réponse linéaire, les chercheurs ont systématiquement étudié la polarisation de spin en milieu hydrodynamique. Ils ont découvert que l'écoulement de cisaillement, bien qu'il ne soit pas intuitivement lié au moment angulaire orbital, génère également une polarisation de spin dans l'espace de quantité de mouvement par couplage spin-orbite.
À gauche :le calcul théorique de la polarisation des quarks étranges qui inclut l'effet SIP (solide) ou n'inclut pas l'effet SIP (en pointillés); A droite :Polarisation lambda mesurée expérimentalement. Crédit :PRL
Utilisant un modèle hydrodynamique relativiste, les chercheurs ont ensuite étudié comment ce nouvel effet SIP se manifeste dans les collisions relativistes d'ions lourds. Étant donné que les études précédentes n'incluent pas l'effet SIP, leurs prédictions ont toujours le signe opposé par rapport aux observations expérimentales. Cet écart est parfois appelé « puzzle de spin-sign » et dérange la communauté des chercheurs depuis plusieurs années.
Cependant, une fois l'effet SIP inclus, l'étrange polarisation des quarks prédite par la théorie démontre un schéma similaire à la polarisation Lambda mesurée dans les expériences.
Compte tenu de la relation étroite entre la polarisation des quarks étranges et la polarisation Lambda, l'étude actuelle devrait être une étape essentielle vers la solution finale du casse-tête du spin-sign.
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le Programme de recherche prioritaire stratégique de la CAS.
