通过玻色-爱因斯坦凝聚体碰撞中涡旋形成实现自旋极化的拓扑机制

重离子碰撞中强子的全局自旋极化已在 STAR（相对论重离子对撞机上的螺线管径迹探测器）实验中测得，这为研究实验室中曾产生的最热、最弱黏性且最具涡旋性的流体打开了新窗口。我们提出了一种不同于常规方法的自旋极化途径：通过玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）碰撞中的量子涡旋形成实现自旋极化的拓扑机制。该方法基于如下观察：涡旋是超流体中在局域轨道角动量存在下的拓扑激发，且是自旋自由度的类比。我们通过在大尺度并行算法于图形处理单元（GPU）上高精度求解 Gross-Pitaevskii 方程，研究了涡旋与涡旋-反涡旋对的形成过程。在旋转环境中，卷绕数为一的初级涡旋对扰动稳定，其具有最小能量和固定轨道角动量（OAM），但卷绕数更大的涡旋不稳定，并将通过能量与涡量的重新分布衰变为初级涡旋。OAM 的注入也可在自相互作用凝聚体的非中心碰撞中实现，初态的部分 OAM 会通过拓扑缺陷周围能量与涡量密度的集中诱导涡旋形成。不同于流体力学描述，波函数的干涉在能量与涡量的输运中起重要作用，反映了涡旋形成过程的量子本性。涡旋形成的研究或可阐明重离子碰撞产生的强相互作用物质中粒子自旋与自旋轨道耦合的本质。