Relativistic Alfvén turbulence at kinetic scales
本文通过唯象建模与粒子模拟研究强磁化相对论性等离子体中动理学尺度的阿尔芬湍流，提出其能谱接近 $k^{-3}$ 并类比二维涡量级联的 Kraichnan 谱，同时发现粒子沿背景磁场被强烈加速形成具有普适对数正态统计的一维动量分布。
2024-04-02 physics.plasm-ph
Analysis of the Relaxation Process using Non-Relativistic Kinetic Equation
本文研究了Bhatnagar、Gross和Krook提出的弛豫模型（也称BGK模型）的线性化动力学方程，并求解了色散关系。利用色散关系的解，我们分析了宏观模和动力学模的弛豫。与Chapman-Enskog展开式不同，BGK模型不基于平均自由程展开，因此该解可以精确描述任意波长的初始扰动松弛。这种非相对论分析为我们下一步的弛豫相对论分析工作提供了建议。
2010-04-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The relativistic kinetic dispersion relation: Comparison of the relativistic Bhatnagar-Gross-Krook model and Grad's 14-moment expansion
本文研究了Marle和Anderson-Witting模型的线性化动力学方程的Cauchy问题，并与14矩理论作了比较。首先，我们提出了一个修改的Marle模型，以提高所得的输运系数，符合由完整的玻尔兹曼方程。利用改进的Marle模型和Anderson-Witting模型，我们计算了在BGK近似的有效性范围内动力学正确的色散关系。与非因果的一阶Chapman-Enskog近似相比，包含耗散电流时间导数的14阶矩理论具有因果结构。然而，14矩理论的色散关系并不能准确地描述动力学方程的结果。因此，我们的计算表明，保持这些二阶项并不简单地对应于改善相对论流体力学的物理描述。
2010-06-14 astro-ph.HE nucl-th physics.flu-dyn
Relativistic kinetic theory for spin-1/2 particles: Conservation laws, thermodynamics, and linear waves
我们研究了最近推导的自旋为1/2粒子的完全相对论动力学模型。首先，给出了能量、动量和角动量的完整守恒定律，以及（非对称）应力-能量张量的表达式。其次，给出了不同极限情况下的热力学平衡分布。此外，我们解决的分析复杂性时，自旋和动量本征函数耦合在线性理论，通过计算线性色散关系，这种情况下。最后，我们讨论了该模型，并通过与未包括的潜在相关现象（如辐射反应和真空极化）进行比较，给出了一些背景。
2019-08-02 physics.plasm-ph
Modeling of relativistic ion-acoustic waves in ultra-degenerate plasmas
我们考虑由冷离子和超简并电子气组成的等离子体中的相对论离子声学模式，描述了相对论弗拉索夫-泊松系统。流行的相对论离子声波流体模型的关键检查，比较动力学和流体动力学的结果。动力学线性色散关系被证明是由严格的相对论流体动力学方程与Eschrasekhar的状态方程再现。
2017-12-14 physics.plasm-ph
Extended relativistic kinetic model composed of the scalar and two vector distribution functions: Application to the spin-electron-acoustic waves
给出了相对论等离子体动力学方程的详细确定性推导。重点是各种张量维度的单坐标分布函数的动力学，但封闭的动力学方程组由三个函数构成：标量分布函数，偶极矩的矢量分布函数和速度的矢量分布函数（或动量空间中的偶极矩）。所有的两个坐标分布函数进行了讨论。它们与它们在自洽场近似中存在的极限一起提出。在动力学模型下研究了稠密简并等离子体中小振幅自旋电子声波的动力学。这项工作提出了确定性的方法来推导和解释的动力学方程。因此，在从单个粒子到集体函数的过渡过程中，没有引入概率。不考虑热化问题，但我们可以看到，热化前后系统的动力学方程结构保持不变。因此，动力学方程可以用来处理这个项目。
2022-12-26 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Relativistic Entropy and Related Boltzmann Kinetics
在经典Boltzmman方程的碰撞积分中，两粒子关联函数的特殊形式唯一地确定了系统的熵，即Boltzmann-Gibbs-Shannon熵。在普通的相对论性玻尔兹曼方程中，通常进行一些标准的推广，关于它的经典版本，由狭义相对论强加的。这个方程的唯一组成部分是两粒子的关联函数，它默认地保持着它原来的经典形式，而这个事实也迫使相对论动力学也受玻尔兹曼-吉布斯-香农熵的支配。事实上，普通的相对论性玻尔兹曼方程承认指数Juttner分布是平稳的稳定分布。在这里，我们表明，狭义相对论定律和最大熵原理，建议一个相对论的推广也两个粒子的关联函数，然后熵。这样得到的，完全相对论性玻尔兹曼方程，遵守H-定理，并预测一个平稳的稳定分布，呈现幂律尾在高能量区。随后的相对论动力学理论保留了经典动力学的主要特征，在$c \to \infty$极限恢复。
2009-05-26 cond-mat.stat-mech hep-ph hep-th
Quantum Kinetic Theory of Plasmas
众所周知，对于高密度和中等温度的等离子体，经典动力学理论需要扩展。这种扩展可以基于薛定谔哈密顿量，应用密度矩阵的维格纳变换，在这种情况下，弗拉索夫方程被著名的维格纳-莫亚尔方程取代。扩展治疗更复杂的模型，我们调查方面，如自旋动力学（基于泡利哈密顿），交换效应（使用Hartree-Fock近似），朗道量子化，量子相对论理论。在相对论理论中，我们首先研究了场强远远超过施温格临界场的情况。弱相对论理论（伽马因子接近统一）和强相对论理论进行了研究，使用的假设，允许分离的电子和正电子状态。最后，我们研究了狄拉克-海森堡-维格纳（DHW）形式主义，这是一个完全量子相对论理论，允许的Schwinger临界场的顺序，甚至更大的场强。因此，量子动力学理论被扩展到包括诸如Zitterbewegung和电子-正电子对的产生等现象。虽然这篇评论的重点是量子动力学模型，我们说明了整个手稿的各种应用的理论。
2021-11-01 physics.plasm-ph
Relativistic Guiding-Center Motion: Action Principle, Kinetic Theory, and Hydrodynamics
本文基于相对论协变作用量原理建立弯曲时空中的导心动力学，并推导其动理学与三方程理想流体力学，以描述强耦合等离子体。
2024-10-02 astro-ph.HE hep-th nucl-th
Relativistic kinetic equation for Compton scattering of polarized radiation in strong magnetic field
本文用Bogolyubov方法导出了强磁场中极化辐射康普顿散射的相对论动力学方程。考虑了诱导散射和泡利不相容原理。在动力学方程的一般形式中也考虑了电子极化。在非极化电子、稀薄电子气和辐射的双极化模描述的情况下，得到了方程的特殊形式，导出的方程适用于任何光子和电子能量以及磁场强度低于10^{16} G的情况。这些方程为强磁化中子星大气层和磁层中偏振辐射输运方程的建立提供了基础。
2012-03-09 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic and finite ion mass effects on the transition to relativistic self-induced transparency in laser-driven ion acceleration
本文研究了圆偏振激光脉冲与过密等离子体相互作用中导致相对论性自诱导透明转变的动力学效应及其与离子加速和穿孔的关系。它表明使用粒子在细胞中的模拟和单电子相空间中的separatrices的分析，离子运动可以抑制快速电子逃逸到真空中，否则将导致过渡到相对论透明制度。一个简单的分析估计表明，对于大的激光脉冲幅度$a_0$的时间尺度上，离子运动变得重要的是比通常预期的要短得多。结果，阈值密度随着荷质比的增加而减小，在阈值密度以上发生钻孔。此外，过渡阈值被认为取决于激光的时间分布，由于后者对电子加热的影响。最后，我们报告了一个新的制度，其中从相对论透明度过渡到钻孔动态发生在相互作用的过程中。结果表明，对于一个固定的激光强度，这种动态过渡制度允许最佳的离子加速的能量和能量扩散。
2017-05-25 physics.plasm-ph
The impact of kinetic effects on the properties of relativistic electron-positron shocks
我们评估的非热冲击加速粒子的磁流体动力学（MHD）相对论冲击跳跃条件的影响。绝热常数直接从第一原理粒子模拟数据计算，使半动力学方法，以改善标准流体模型，并允许识别的关键参数，定义的冲击结构。我们发现，不断变化的上游参数有一个更强的影响比由于非热粒子的修正。我们发现，上游散装速度的减少产生的偏差从标准的MHD模型高达10%。此外，我们得到了一个定量定义的冲击过渡区从我们的分析。对于韦伯介导的冲击，包括一个磁场中的MHD守恒方程的解决第一次。
2012-10-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetics of relativistic axionically active plasma in the field of dynamic aether. Part I: General formalism and new concept of equilibrium states
本文建立了相对论性轴子活性等离子体的扩展动力学理论，引入动态以太速度矢量场，通过拉格朗日形式与协变统计方法推导场方程和动力学方程，并基于经典类比重构粒子受力，提出了平衡态的新概念。
2024-12-15 gr-qc physics.plasm-ph
Kinetic Beaming in Radiative Relativistic Magnetic Reconnection: A Mechanism for Rapid Gamma-Ray Flares in Jets
快速的伽玛射线闪焰造成了一个天体物理学难题，需要机制来加速高能粒子并产生快速观测到的变化。无碰撞相对论性磁重联可以满足这些双重要求。一方面，相对论重联可以激发伽马射线发射电子。另一方面，正如先前的动力学模拟所示，重连加速机制优先将高能粒子及其发射的光子聚焦成光束，当它们穿过望远镜的视线时，可能会产生快速的光点。使用一系列的二维对等离子体粒子在细胞模拟，我们明确地证明了辐射冷却介导的可观察到的签名，这种“动力学光束”的效果所发挥的关键作用。只有在我们有效冷却的模拟中，我们才能测量重联层超过一个光交叉时间的动力学光束。我们发现之间的相关性的冷却强度和光子能量范围内发生持续的动力学光束：更强的冷却与更广泛的光束光子能量。我们还将我们的研究结果应用于快速伽马射线耀斑的平谱射电类星体，这表明一个范例的辐射有效的动力学光束约束相关的排放模型。特别地，波束形成产生的可变性可以更容易地在两区（例如脊鞘）设置中实现，其中康普顿种子光子起源于射流本身，而不是在一区外部康普顿场景中。
2020-08-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Kinetic equilibria of relativistic collisionless plasmas in the presence of non-stationary electromagnetic fields
本文在协变回旋动力学框架下研究相对论无碰撞等离子体在非平稳电磁场中的动力学平衡，发现空间对称系统中存在新平衡态，并建立了绝对稳定性判据。
2023-06-17 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Kinetic theory for spin-polarized relativistic plasmas
该研究针对高场科学中自旋极化等离子体的描述需求，推导了纳入QED效应的相对论动理学理论，进一步得到自旋极化量子辐射反作用方程，明确了自旋相关辐射反作用项及辐射对自旋动力学的贡献。
2023-08-23 hep-ph physics.plasm-ph
Semi-relativistic effects in spin-1/2 quantum plasmas
新兴的可能性，创造和研究新的等离子体制度，例如相对论等离子体和致密的系统，在受控的实验室环境中，也需要新的建模工具，这样的系统。这为动力学理论的理论研究带来了动力学理论的动力学理论的相对论和量子效应同时发生的等离子体动力学。在这里，我们调查的背景下，自旋1/2量子等离子体的标量动力学理论的相对论修正的泡利哈密顿量。特别是，我们制定了一个量子动力学理论，考虑到电子的集体运动的自旋轨道耦合和Zitterbewegung等效应。我们讨论了我们的研究结果的影响和可能的应用。
2011-08-24 physics.plasm-ph quant-ph
Magnetic reconnection with a 0.1 rate: Effective resistivity in general relativistic magnetohydrodynamics
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics（加拿大理论天体物理研究所）；Department of Physics, University of Toronto（多伦多大学物理系）；David A. Dunlap Department of Astronomy & Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学大卫·邓拉普天文与天体物理系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Department of Astronomy, Columbia University（哥伦比亚大学天文学系）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理学中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Princeton Center for Theoretical Science and Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学理论科学中心和天体物理科学系）；Anton Pannekoek Institute（安东·潘内克研究所）
该研究通过引入有效电阻率模型，展示了相对论磁流体动力学在模拟磁重联速率方面的能力，特别是在中子星和黑洞磁osphere中的应用。
2026-01-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Numerical investigation of kinetic turbulence in relativistic pair plasmas I: Turbulence statistics
我们描述了在无碰撞，磁化，相对论对等离子体驱动湍流的粒子模拟的结果。这一物理机制为研究动力学湍流的基本性质提供了一个简单的环境，并与脉冲星风、星云和天体物理喷流等高能天体物理系统有关。在本文中，我们调查的湍流起伏的统计模拟格子上的$1024^3$细胞和包含多达$2 \times 10^{11}$粒子。由于在我们的模拟中没有冷却机制，湍流能量耗散在几个动力学时间内将磁化参数降低到有序统一，导致湍流运动成为亚相对论。在发展阶段，我们的结果与磁流体动力学湍流现象学在惯性尺度上的预测一致，包括指数接近$-5/3$的幂律磁能谱，由临界平衡描述的涨落的尺度相关各向异性，粒子密度和内能密度的对数正态分布（与$4/3$绝热指数相关，如对超相对论性理想气体所预测的），以及不稳定性的存在。我们还提出了可能的签名的动力级联通过测量幂律谱的磁，电，和密度波动在次拉莫尔尺度。
2017-09-14 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Polytropic representation of non-isotropic kinetic pressure tensor for non-ideal plasma fluids in relativistic jets
本文通过协变统计动力学方法构建高斯型分布函数，证明相对论性磁化喷流等离子体的动力学压力张量非各向同性，并建立其多方表示，揭示方向压力对密度的幂律依赖。
2023-06-17 astro-ph.HE cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Microscopic foundations of kinetic plasma theory: The relativistic Vlasov--Maxwell equations and their radiation-reaction-corrected generalization
本文讨论了等离子体动力学理论的相对论Vlasov-麦克斯韦方程组近似地描述了Bopp-Landé-Thomas-Podolsky（BLTP）真空中$N$带电点粒子与Maxwell电磁场相互作用的相对论系统，只要微观动力学持续足够长，本文的目的不是提供一个完全严格的证明，而是为特殊相对论等离子体的动力学理论的微观基础绘制一幅概念性的路线图，并强调严格的推导似乎是可行的。本文提出的方法不是使用$n$点边际概率测度的BBGKY型层次结构，而是使用实际经验1点测度的分布PDE，其涉及卷积项中的实际经验2点测度。和经验的2点测量的（张量）产品的连续密度与本身，产生一个有限的$N$ Vlasov的动力学方程组，其中包括辐射反应和非平凡有限的$N$修正Vlasov-Maxwell-BLTP模型。有限$N$修正形式上消失在一个数学标度极限$N\to\infty$中，其中电荷为$\propto 1/\surd{N}$ .辐射反应项在这个极限也消失了。随后的形式极限发送波普的参数$\varkappa\to\infty$产生的弗拉索夫-麦克斯韦模型。
2020-02-21 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Exact relativistic kinetic theory of an electron beam-plasma system: hierarchy of the competing modes in the system parameter space
电子束-等离子体系统的稳定性分析不仅是等离子体物理最基本的问题之一，而且在物理学的许多领域都具有重要意义。令人惊讶的是，数十年的广泛研究尚未在完全相对论和动力学框架内得出多维不稳定光谱的现实统一图像。到目前为止，在这个方向上所做的所有尝试确实限于简单的分布函数和/或没有针对一个完整的映射的束等离子体参数空间。本文全面解决这个问题，通过实施一个精确的线性模型。我们表明，三种模式的竞争，在线性阶段，这可以根据其波数相对于光束的方向进行分类。然后，我们确定各自的优势域在三维参数空间。所有这些结果都得到了多维粒子模拟的支持。
2008-05-07 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Relativistic magnetohydrodynamics from kinetic theory
Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学）
基于相对论Boltzmann-Vlasov方程和14矩近似，推导了强电磁场下相对论耗散磁流体动力学的因果二阶方程，揭示了磁场诱导的各向异性输运和耗散振荡。
2026-07-01 astro-ph.HE hep-th nucl-th
Kinetic magnetohydrodynamics and Landau fluid closure in relativity
Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）
本文提出一种相对论框架下的弱碰撞等离子体模型，通过推导漂移动能方程，引入新的兰道流体闭合方法，以捕捉相对论等离子体的各向异性热流。
2026-11-09 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
First-principles demonstration of diffusive-advective particle acceleration in kinetic simulations of relativistic plasma turbulence
非热相对论等离子体普遍存在于脉冲星风星云和活动星系核等天体物理系统中，从它们的发射光谱可以推断。传统上，粒子加速（NTPA）的非热过程是用动量空间中的Fokker-Planck（FP）扩散-平流方程来模拟的。在本文中，我们直接测试的FP框架在从头算动力学模拟驱动磁化湍流在相对论对等离子体。通过统计分析跟踪粒子的运动，我们证明了NTPA的扩散性质，并测量FP能量扩散（$D$）和平流（$A$）系数作为粒子能量$γm_e c^2$的函数。我们发现，$D(γ)$的规模为$γ^2$在高能量的非热尾，符合二阶费米加速理论，但有一个更弱的标度在较低的能量。我们还发现，$A$是不可忽略的，并减少NTPA的倾向于拉粒子的粒子能量分布的峰值。这项研究为湍流NTPA的FP图像提供了强有力的支持，从而增强了我们对空间和天体物理等离子体的理解。
2020-03-22 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic turbulence in relativistic plasma: from thermal bath to non-thermal continuum
我们提出的结果，从粒子在细胞模拟驱动湍流磁化，无碰撞，相对论对等离子体。我们发现，波动是一致的经典$k_\perp^{-5/3}$磁能谱在流体尺度和陡峭的$k_\perp^{-4}$频谱在亚拉莫尔尺度，其中$k_\perp$是波矢垂直于平均场。我们展示了一个非热的，幂律粒子能量分布，$f(E) \sim E^{-α}$，与指数$α$，随着磁化强度的增加而减少，并随着系统的大小增加（相对于特征拉莫尔半径）的发展。我们的模拟表明，湍流可以是一个可行的高能天体物理系统，如脉冲星风星云的高能粒子源，如果缩放渐近系统的大小变得不敏感。
2017-01-13 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Relativistic non-resistive viscous magnetohydrodynamics from the kinetic theory:a relaxation time approach
在弛豫时间近似下，导出了相对论性无阻粘性二阶磁流体力学方程。利用单粒子分布函数的Chapman-Enskog类梯度展开，求解了粒子和反粒子质点系的Boltzmann方程。在第一阶中，输运系数与磁场无关。在二阶，新的输运系数，耦合磁场和耗散量出现这是不同的14矩近似\cite{Denicol:2018rbw}中得到的磁场的存在下。然而，在弱磁场的限制下，这些方程的形式与14矩近似相同，只是这些系数的值不同。我们还推导了Navier-Stokes极限下的各向异性输运系数。
2020-11-03 hep-ph nucl-th physics.flu-dyn
