本站讯  近日，ray电竞官网威海前沿交叉雷竞技网页版下载院刘健教授团队联合北京交通大学计算数学团队历经十余年潜心钻研，成功构建了不依赖磁场具体形式的通用正则化导心理论，为磁化等离子体的导心动力学与回旋动理学基础研究与应用开辟了全新路径。相关成果以“Canonical Hamiltonian guiding center theory and classical intrinsic magnetic moment”为题发表于权威综合性物理期刊《Frontiers of Physics》，获得国际学术界广泛关注。论文通讯作者为ray电竞官网刘健教授，第一作者为北京交通大学张瑞丽副教授，ray电竞官网兼职讲席教授王晓钢教授为论文主要合作作者。

导心动力学是描述和解决磁化等离子体多尺度问题的核心理论，为可控核聚变、空间物理及天体物理等前沿领域提供了关键理论基础。目前国际广泛采用的等离子体导心理论仍基于Littlejohn上世纪80年代初提出的导心拉格朗日体系。尽管多位著名等离子体物理学家持续致力于构建完整的导心正则化理论，但长期以来，传统正则化方法始终局限于约化后的四维相空间，且高度依赖磁场的具体形式，难以形成通用理论框架。这一瓶颈不仅严重制约了导心理论的完备性，也阻碍了对复杂磁化等离子体系统构建长期精准的回旋动理学描述，更对探索导心系统的物理结构及构建具有优秀结构特性的数值算法构成了根本性障碍。

针对上述核心科学难题，刘健教授团队充分发挥学科交叉优势，融合等离子体物理与计算数学，综合利用回旋动理学、哈密顿系统及多尺度分析等方法展开持续攻关。研究团队通过两种不同推导方式，获得三种等价的正则导心动力学表达形式，为构建导心辛算法与发展正则回旋动理学奠定了坚实基础。

该成果在多个维度发挥了科学价值：在基础理论层面，团队基于两种独立方法推导出新的导心拉格朗日函数，首次证明导心动力学可表述为在六维相空间中含两个约束的正则哈密顿系统，并得到三种等价的正则化表达形式。团队提出明确的导心“赝粒子”模型，形成回旋尺度之上的完备物理模型。在新正则理论框架下，有关导心物理的描述不再依赖于相应的带电粒子运动，其动力学具有清晰明确的物理意义。此外，团队首次从经典系统多尺度建模视角揭示了"内禀磁矩"的生成机制，为理解微观粒子与磁场相互作用的本质提供了全新视角。

在应用基础层面，通用正则化框架明确了导心系统的辛几何结构，为系统构建导心辛算法奠定了理论基础。通过对磁镜场中等离子体分布演化问题进行导心数值模拟，验证了基于该理论的辛中点法在长时间模拟中能量相对误差始终保持在极小范围，而传统非几何算法（如RK4）误差随模拟步数因相干累积显著增长。导心辛算法将成为复杂磁场中导心动力学长期精确模拟的必要方法，为可控核聚变装置的磁场设计、约束优化、控制预测等关键问题提供技术支撑。同时，该理论为发展正则回旋动理学理论及辛回旋动理学PIC模拟算法与程序提供了核心依据。

原文链接：https://doi.org/10.15302/frontphys.2026.026200

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