高能粒子垂直扩散:含噪约化磁流体湍流中的模拟与理论

高能带电粒子(如宇宙线)在湍流磁场中的输运通常用平行于和垂直于大尺度(或平均)磁场的扩散来表征。非线性引导中心理论(NLGC)是一种重要的垂直扩散理论。该理论的一个近期版本基于磁场线的随机弹道扩散与回溯修正(RBD/BC),已对双分量磁湍流模型显示出与测试粒子模拟的良好吻合。本研究的目的是通过将改进理论应用于含噪约化磁流体(NRMHD)湍流模型来检验其普适性,确定垂直扩散系数并与磁场线随机游走(FLRW)和统一非线性(UNLT)理论及我们的测试粒子模拟进行比较。合成 NRMHD 湍流模型为高能粒子输运创造了特殊条件:在较高平行波数处无磁涨落,因此若粒子 Larmor 半径 $R_{\rm L}$ 即使略小于最小共振尺度,也不存在共振平行散射。这导致平行平均自由程 $\lambda_\parallel$ 随 $R_{\rm L}$ 的非单调变化。在所考虑的理论中,仅 RBD/BC 在参数范围内与模拟相符在两倍误差以内。即便该理论依赖于 $\lambda_\parallel$ 且无明显依赖于 $R_{\rm L}$,仍达到此精度。此外,UNLT 理论常提供准确结果,甚至 FLRW 极限在许多情况下也给出非常简单且合理的近似。