heliciteit

Heliciteit is een concept dat in verschillende takken van de natuurkunde en wiskunde wordt gebruikt om de handedness of de mate van knopen in een veld te beschrijven. In deeltjesfysica verwijst heliciteit naar de projectie van het spinmoment op de bewegingsrichting van een deeltje. In de ruimte van klassieke en kwantumvelden heeft het ook betrekking op de mate waarin veldlijnen met elkaar verweven raken, wat topologisch relevant is.

In de deeltjesfysica wordt heliciteit gedefinieerd als h = (S · p)/|p|, waarbij S het spinvector is en p de impuls. Bij spin-1/2 deeltjes neemt heliciteit doorgaans de waarden ±ħ/2. Voor massaloze deeltjes is heliciteit Lorentz-invariant en bepaalt het karakter van de waargenomen staat; voor massieve deeltjes kan heliciteit elkaar in verschillende referentiekaders veranderen. Photonale heliciteit is bijvoorbeeld beperkt tot de waarden ±1.

In de magnetohydrodynamica en de topologie van velden speelt magnetische heliciteit een andere betekenis: Hm = ∫ A · B dV, met B het magnetische veld en A een vectorpotentiaal. Heliciteit geeft de twist en koppeling van veldlijnen weer. In ideale MHD wordt magnetic helicity bewaard; bij reële wervelstromen is het meestal niet exact bewaard maar blijft het vaak lang in stand, vooral bij hoge magnetische Reynoldsgetallen. Politiek relevante verschijnselen zoals zonnevlekken en plasmaexperimenten worden vaak geanalyseerd via magnetische heliciteit.

Kinetische heliciteit, gedefinieerd als ∫ v · ω dV met ω = ∇ × v, meet de afstemming van de snelheidsveld en het vorte veld. Het is relevant voor turbulentie en klimaat- of oceaanstromingen, en biedt inzicht in de topologische eigenschappen van stromingen.

Samengevat verwijst heliciteit naar de mate van handedness en knoop van een veld of de relatie tussen een deeltje’s spin en beweging, met toepassingen in zowel fundamenteel als toegepast onderzoek.

---