刚性旋转自由费米气体中的相对论性巴尼特效应与居里定律
通过结合热场论与统计力学方法,我们重新审视了刚性旋转费米气体中相对论性巴尼特效应引发的自旋极化现象。研究团队测定了该介质的压强,证明其取决于一个包含轨道角动量-旋转耦合与自旋-旋转耦合贡献的有效化学势。我们引入特定正则化方案对角动量量子数进行求和,从而将热压强及所有热力学量分离为仅上下自旋费米子逸度差异的两部分。通过计算两组分的费米能,发现自旋向下费米子的费米能低于自旋向上组分,该差异源自自旋-旋转耦合效应并导致与巴尼特效应一致的自旋极化。特别地,我们提出自旋-化学-旋转比η≡Ω⁽⁰⁾/2μ⁽⁰⁾作为调节费米气体自旋极化的参数,其中Ω⁽⁰⁾和μ⁽⁰⁾分别表示零温下的角速度与化学势,因子1/2对应费米子自旋特性。在假定上下自旋费米子数不随温度变化的前提下,我们探究了μ与Ω的温度依赖性。结果表明:相较于自旋向上组分,旋转费米气体中自旋向下组分在更低温度下出现稀释现象。此外,研究团队计算了巴尼特磁化率,证实其正比于旋转费米气体的转动惯量I。最终证明在高温极限下,I呈现与顺磁性居里定律相似的1/T行为规律。

