手性活性物质：微观“力矩偶极”具有不止一种流体力学描述

许多生物系统，如细菌悬浮液和肌动蛋白-肌球蛋白网络，形成极性液晶。这些系统由于组成粒子对溶剂的局部驱动而是“活性的”或远离平衡的。在许多情况下，活性源是手性的；由于驱动力内部产生，局部便存在某种“力矩偶极”。但“力矩偶极”应如何在连续介质层面描述系统的流体力学方程中编码并不明显：不同作者在此问题上得出了矛盾结论。本工作中，我们通过从线性不可逆热力学出发的细致推导，给出含自旋自由度的单组分手性活性流体一般运动方程，从而解决这一悖论。我们发现，对于给定强度的力矩偶极，此类流体并无唯一的流体力学描述。相反，至少出现三种不同的流体力学描述，取决于我们将每个力矩偶极分解为两个点点矩、两对力，还是一个点点矩与一对力——其中点点矩产生手性体的内禀角动量（自旋），而力对赋予质心运动并贡献于流体速度。通过考虑昂萨格系数的普遍展开，我们还推导出一个新的剪切伸长参数和交叉耦合粘度，其甚至可在被动极性液晶中导致未预测的现象。最后，消去角变量给出具有重整化活性应力、粘度和动力学系数的有效极性流体力学。值得注意的是，这可包含手性活性对极性序参量运动方程的直接贡献，其甚至在流体速度设为零的“干”活性系统中依然存留。