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线性波对非相对论等离子体亚电子尺度电磁能均分的界限

等离子体物理 2026-04-21 v1

摘要

最近的磁动力学多尺度(MMS)观测报告称,在重连驱动的磁尾湍流中,在亚电子尺度处电场和磁场能谱密度approximately相等,即 ε0P[δE]/2P[δB]/(2μ0)\varepsilon_{0} P[\delta E]/2 \approx P[\delta B]/(2\mu_{0}),被解释为趋向热力学平衡的松弛。我们从两种流体框架中的动力学Alfvén波和whistler模式波的线性偏振出发,推导电磁能比,并指出它在亚电子尺度深处饱和于 R=(VA/c)2(mi/me)(βe/2)\mathcal{R}_{\infty}=(V_{A}/c)^{2}(m_{i}/m_{e})(\beta_{e}/2)。设定 R=1\mathcal{R}_{\infty}=1 可得通用阈值 VA/c2/[(mi/me)βe]V_{A}/c \gtrsim \sqrt{2/[(m_{i}/m_{e})\beta_{e}]},此阈值无任何非相对论空间等离子体满足。对于典型的磁尾参数,R2×103\mathcal{R}_{\infty}\approx 2\times 10^{-3},约为观测值的500倍,此差异源于非相对论排序 (VA/c)21(V_{A}/c)^{2}\ll 1。噪声底估计表明,搜索线磁力计和电双探针灵敏度收敛会产生在此 regime 中看似均分的伪影。观察到的等效性可能反映非线性动力学、电磁和静电波动的无关叠加,或仪器噪声污染。

关键词

引用

@article{arxiv.2604.18472,
  title  = {Linear-wave bound on electromagnetic energy equipartition at sub-electron scales in non-relativistic plasmas},
  author = {Vivek Shrivastav and Mani K Chettri and Britan Singh and Hemam D. Singh and Rupak Mukherjee},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2604.18472},
  year   = {2026}
}