高能等离子体模拟中的手性费米子不对称性

手性磁效应（CME）是一种量子相对论效应，描述了沿磁场出现额外电流的现象。它由左、右手性费米子数密度之间的不对称性引起，当手性翻转率可忽略时（例如早期宇宙中），该不对称性可在高能下维持。在麦克斯韦方程中纳入CME导致一组修正的MHD方程。我们讨论如何在 PENCIL CODE 中实现CME。CME在磁场演化中起关键作用，因为它导致与感应方程中附加项相关的发电机效应。该项在形式上类似于经典平均场MHD中的 $\alpha$ 效应。然而，手性发电机可在无湍流下运行，并与小空间尺度相关，在早期宇宙情形下可远低于哈勃半径数个量级。在平均场理论中也已确认手性 $\alpha_\mu$ 效应。它出现在有湍流时，但与动力学螺旋度无关。取决于等离子体参数，手性发电机不稳定性可将磁场放大许多个量级。这些不稳定性可影响MHD波的传播，我们的DNS证明了这一点。我们也研究手性化学势与普通化学势（正比于左、右手性费米子数密度之和）演化之间的耦合。此耦合的一个重要后果是手性磁波（CMWs）的出现。我们数值确认线性CMWs与MHD波不相互作用。我们的模拟表明化学势对手性发电机的非线性演化仅有微小影响。