手性磁流体力学中的层流与湍流发电机 I：理论

对含有相对论粒子的等离子体的磁流体力学（MHD）描述必然包含一个额外的新场，即与轴荷（即右手和左手相对论费米子数目之差）相关的手性化学势。该手性化学势对等离子体的电流密度产生贡献（手性磁效应）。我们给出了手性 MHD 方程的自洽处理，其包含了磁场对手性化学势的反作用及其与等离子体速度场的相互作用。我们展示了若干新现象。首先，我们表明手性磁效应降低了不可压缩流中阿尔文波的频率，提高了可压缩流中阿尔文波和快磁声波的频率，并降低了慢磁声波的频率。其次，我们表明，除了与流体运动无关的众所周知的层流手性发电机效应外，还存在一种由速度剪切和手性磁效应联合作用引起的发电机。在平均动力学螺旋度消失的湍流存在下，导出的平均场手性 MHD 方程描述了由手性 alpha 效应引起的湍流大尺度发电机，该效应在大的流体和磁雷诺数下占主导。手性 alpha 效应归因于手性磁效应与由缠绕磁涨落（其由剪切速度涨落缠绕大尺度磁场而产生）产生的小尺度电流涨落之间的相互作用。这些发电机效应可能在早期宇宙、中子星和夸克-胶子等离子体的动力学中产生有趣的结果。