量化电子非拉莫尔运动对压力张量的影响

在空间等离子体中，磁重联与湍流的多种效应导致电子运动显著偏离其拉莫尔轨道。这些轨道 collectively 影响电子速度分布函数，并导致压力张量中出现“非回旋”（non-gyrotropic）分量。该效应的量化在空间与实验室等离子体中具有重要应用，其中之一是在空间观测中追踪磁重联的电子扩散区（EDR）。先前已提出三种不同的压力张量非回旋性度量，即 $A\varnothing_e$、$D_{ng}$ 与 $Q$。多种矛盾度量已在学界造成混淆。我们通过考量非回旋性度量应具备的基本性质重新审视该问题。我们表明 $A\varnothing_e$、$D_{ng}$ 与 $Q$ 均基于压力张量的主子式之和（即旋转不变量 $I_2$）定义。我们详细讨论了基于 $I_2$ 的度量的问题，并解释其为何可能产生模糊与有偏的结果。我们引入基于压力张量行列式（即旋转不变量 $I_3$）构建的新度量 $AG$，其不受基于 $I_2$ 的度量的问题影响。我们在二维与三维粒子模拟磁重联中比较 $AG$ 与其他度量，表明 $AG$ 可有效追踪 Harris 与无力电流片重联的 EDR。另一方面，$A\varnothing_e$ 在无力重联仿真的 EDR 及部分分隔线处未显示显著峰值，表明 $A\varnothing_e$ 在此情况下未度量所有非回旋效应，且除 Harris 片重联外不适用于更一般情形的磁重联研究。