Extreme field physics and QED
Thomas Heinzl, Anton Ilderton
我们简要概述了最重要的QED效应，可以研究存在的极端领域，如预期在火神激光升级到10拍瓦的功率。
We give a brief overview of the most important QED effects that can be studied in the presence of extreme fields such as those expected at the Vulcan laser upgraded to a power of 10 Petawatts.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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QED x QCD Resummation and Shower/ME Matching for LHC Physics
我们介绍了QED × QCD的理论及其与簇射/矩阵元匹配在精密LHC物理方案中的相互作用。我们用强子对撞机上产生的单个重规范玻色子来说明这个理论。
Transition rate for process involving particles with high momentum in a plasma and infrared physics for QED plasma
利用有效场论方法，导出了一个计算等离子体中动量远大于温度和化学势的粒子跃迁率的公式。我们把它应用到QED等离子体中带电粒子与硬动量的碰撞。研究了QED等离子体中带电粒子运动的德拜屏蔽效应和阻尼。利用Bloch-Nordsieck修正，由于QED等离子体没有磁屏蔽而导致的红外发散在物理上不出现。讨论了带电粒子的软等离子体激元吸收和发射。
Threshold Corrections in Precision LHC Physics: QED otimes QCD
考虑到LHC过程的理论精度要求在1%以内，我们引入了QED和QCD的同时YFS重建理论，计算了LHC重粒子产生的精确研究中预期的图解软辐射阈值效应的大小。我们的结果表明，QED和QCD软阈值效应必须控制在保守的一边，以达到这样的精度目标。
High Order QED Corrections in Physics of Positronium
简要评述了正电子偶素衰变和超精细分裂的高阶微扰修正。理论预测相比，最新的实验数据。展望未来的计算进行了讨论。
New Applications of Resummation in Non-Abelian Gauge Theories: QED X QCD Exponentiation for LHC Physics, IR-Improved DGLAP Theory and Resummed Quantum Gravity
本文介绍了重算方法在非阿贝尔规范理论中的三个应用：（1）在LHC物理中的QED × QCD指数化和簇射/ME匹配;（2）在DGS理论中的IR改进;（3）在量子化的量子引力和霍金辐射的末态。在所有情况下，YFS方法，最初介绍了阿贝尔规范理论，非阿贝尔规范理论，QCD和量子广义相对论，导致新的结果和解决方案，我们简要总结。
Precision QED \otimes QCD Resummation Theory for LHC Physics: IR-Improved Scheme for Parton Distributions, Kernels, Reduced Cross Sections with Shower/ME Matching
本文综述了基于IR改进的DGLAP-CS理论的LHC物理新方法的最新进展，它涉及到一种新的MC友好的指数化方案，用于LHC物理高阶修正的精确计算，其中QED和QCD的IR奇异性在严格的簇射/ME匹配下同时被消除到α和α s的所有阶。我们提出的第一个MC数据比较隐含的新阵雨本身与标准的使用HERWIG6.5 MC事件发生器作为测试用例在LHC能量。
Precision physics of simple atoms: QED tests, nuclear structure and fundamental constants
量子电动力学是第一个成功的，而且仍然是最成功的量子场论。简单的原子，本质上是QED系统，允许高度精确的理论预测。由于其简单的光谱，这些原子也被有效地研究实验频繁提供最精确的测量量。本文对轻简单原子精密物理的理论和实验进行了比较。特别地，我们考虑了氢原子的兰姆位移，氢、氘、氦-3离子、μ 鎓和电子偶素的超精细结构，以及电子偶素中的一些其他跃迁。除了未扰动原子的光谱，我们考虑湮没衰变的正电子偶素和g因子的束缚粒子在各种两体原子。特别注意的QED计算的不确定性，由于未计算的高阶修正和原子核结构的影响。我们还讨论了简单原子在确定几个基本常数中的应用。
High Precision Tests of QED and Physics beyond the Standard Model
我们在SU（2）x U（1）规范不变的有效拉格朗日量下研究了QED中最重要的四个高精度观测量--反常电子和μ子磁矩、氢原子兰姆位移和μ子超精细分裂.这些观测值的理论预测和实验数据之间的协议的地方有效拉格朗日算子的最低维的界限。我们还使用其他实验数据对这些有效算子进行了限制。通过对这两类边界的比较，我们可以讨论这四种高精度观测量在寻找标准模型之外的物理中的潜力。我们发现电子和μ子的反常磁矩对新物理的变化敏感，而氢原子的兰姆位移和μ子的超精细分裂对新物理的变化不敏感。
Photo-induced pair production and strong field QED on Gemini
根据我们的计算，双子座等激光器可获得的极端强度允许研究非线性QED现象。从纯真空靶产生电子-正电子对，这还有待实验观察，可能是最具标志性的过程。除了对生产，我们的活动将允许目前未探索的极端辐射制度的实验研究，如量子辐射为主的制度（其中量子和自场效应变得重要）和非线性康普顿散射。这是一项由多部分组成的运动中的第一个实验，该运动由一个主要的国际合作提出，旨在研究非线性QED。这个提议是一系列3个实验中的第一个，以实现我们最引人注目的实验目标，即在真空中产生电子对，但每个实验都被设计成有自己切实的引人注目的结果。
Conjecture of perturbative QED breakdown at $αχ^{2/3} \gtrsim 1$
应邀在研讨会上发表演讲“极端光技术，科学和应用”（LPHYS'16，埃里温，2016年7月11日至15日）。评述了Ritus-Narozhny关于超相对论粒子横向通过强电磁场时强场QED微扰理论可能崩溃的旧猜想，特别强调了它对近期实验的可能意义。
Signature of Collective Plasma Effects in Beam-Driven QED Cascades
QED级联在磁星等极端天体物理环境中起着重要作用。它们也可以通过将相对论电子束穿过强激光场来产生。集体对等离子体效应在这些QED级联的签名显示出现，在精致的细节，通过等离子体诱导的频率上移的激光光谱。值得注意的是，即使在以相对论速度移动的小等离子体体积中也可以检测到这些特征。强场量子和集体对等离子体效应，因此可以探索与现有的技术，提供超密集的电子束与多PW激光器共定位。
Revisiting extremely high energy QED bremsstrahlung in matter: large modifications to the LPM effect
该研究重新分析极高能电子在物质中的 LPM 轫致辐射，发现轫致辐射与后续正负电子对产生的量子重叠会显著提高而非降低特定能区的辐射速率，并用解析计算验证。
QED corrections to bound-muon decays from an effective-field-theory framework
本研究针对核子能标下束缚μ子衰变QED修正计算困难的问题，提出基于有效场论普适性的系统计算框架，给出μ子转换能谱的最精准预测，证实辐射修正使领头阶谱比改变5%，为提升新物理实验发现潜力、衔接高低能可观测量提供了关键支撑。
Limits on isotropic Lorentz violation in QED from collider physics
我们考虑了洛伦兹破坏可能产生的光和带电物质的极限速度之间的差异。这种效应将导致有效的真空切伦科夫辐射或快速光子衰变。在大型电子正电子对撞机上的104.5 GeV电子和在Tevatron上的300 GeV光子没有这种效应，因此限制了这种类型的洛伦兹击穿。在标准模型扩展的背景下，这些想法意味着实验界在-5.8 x 10^{-12} <= \tilde κ_{tr}-（4/3）c_e^{00} <= 1.2 x 10^{-11}的水平上，将现有的实验室测量收紧了3-4个数量级。进一步改进与地面和天体物理方法的前景进行了讨论。
Classical resummation and breakdown of strong-field QED
QED微扰理论在足够强的背景下被证明是不成立的，这阻碍了强场物理的分析。我们表明，即使在经典的电动力学，在较低的场强比以前考虑的击穿发生，它可以通过remation治愈。因此，在QED中需要一个类似的再确认。详细的研究表明，对于一系列的可观测量，幺正性消除了以前被认为是QED微扰理论崩溃的原因。
Physical consequences of the QED theta angle
我们描述了一个简单的gedanken实验，它说明了QED θ角的物理效应，这是一个尚未被测量的自然界的基本参数。这些效应表现在量子相位中，类似于阿哈罗诺夫-玻姆效应中的量子相位，尽管它们本质上不是拓扑的。我们还利用泛函薛定谔方法导出了量子相位，并将结果推广到非阿贝尔规范理论。
Photon and dilepton spectra from nonlinear QED effects in supercritical magnetic fields induced by heavy-ion collisions
讨论了相对论性重离子碰撞产生的极强磁场中光子的性质。我们研究了真空双折射、实光子衰变和光子分裂，这些在普通真空中是不允许的，但在强磁场中却成为可能。这些效应可能引起光子和双轻子谱的各向异性。
Back-reaction in strong field QED: a toy model
作为强背景场中QED的玩具模型，我们考虑了量子光学中的反作用和圈效应对散射过程的影响。我们发现，忽略反反应错过了定性和定量的强场物理的特点。我们能够研究类似的Narozhny-Ritus猜想的规模较高的循环图与强度：我们证明，有没有相应的行为在我们的模型。量子电动力学的影响进行了识别和讨论。
Gauge principle and QED
二十世纪物理学的一个主要发展是人们逐渐认识到，已知的基本相互作用的一个共同特征是它们的规范结构。在这次演讲中，我们回顾了规范理论的早期历史，特别强调了外尔在1918年和1929年的开创性贡献。
Strong Field QED, Astrophysics, and Laboratory Astrophysics
本文探讨了磁星等致密天体中的强场QED效应，并指出超强激光和高能粒子可在实验室中模拟这些极端天体物理现象，为基础物理研究开辟新途径。
Ambiguities in QED: Renormalons versus Triviality
我们指出，与QCD所认为的相反，QED中的重整化子是真实的;即，伴随它们而来的不确定性不需要通过假设的非微扰贡献来消除。它们只是任何琐碎的-因而有效的-理论所特有的模棱两可之处。如果量子电动力学在能量接近它的平凡尺度时仍然是一个孤立的理论，那么这些模糊性肯定会暗示新的物理学。如果不是这样，QED中的重正化子不确定性不会导致新的物理学，甚至不会导致QED本身的非微扰贡献。
On the new and old physics in the interaction of a radiating electron with the extreme electromagnetic field
我们表明，在$λ^{3}$配置的基础上，10 PW类激光器的激光-电子碰撞的全光学配置提供了一个可行的平台，达到的参数范围内的扰动QED在强外部电磁场中断。这种情况被偶然地称为非微扰QED的情况;从实验的角度来看，这个参数范围是一个有趣的目标，因为一个高辐射粒子与强电磁场相互作用的新物理学的可能表现。我们表明，强场区可以达到的电子具有初始能量高于50 GeV。我们的理论考虑与三维粒子模拟一致。虽然电子能量的增加增加了经历强场区域的电子的数量，但是当电子能量超过最佳值时，预计强场中的光子发射辐射校正的可观察签名将淡出。确定了电子能量的阈值，并给出了实现QED非微扰极限的参数。
Probing non-perturbative QED with electron-laser collisions
绝大多数QED结果是在相对弱的场中得到的，因此是在微扰理论的框架内得到的。然而，即将到来的激光设施提供极高的领域可以用来进入尚未研究的制度。在这里，提出了一个计划，可能会被用来达到超临界制度的辐射反应，甚至完全非微扰制度的量子电动力学。该方案考虑了100 GeV级电子束与反向传播的超强电磁脉冲的碰撞。为了达到这些超临界状态，不可避免地使用具有超短持续时间的脉冲。因此，使用二维粒子模拟，示出了如何将下一代光学激光转换为超高强度（$I\approx 2.9\times 10^{24} \text{ W} \, \text{cm}^{-2}$）阿秒（持续时间$\approx$ 150 as）脉冲。结果表明，如果微扰理论在极端场下成立，次级粒子谱可以用半解析方法求得。相反，如果微扰理论破裂，与实验数据的比较可以允许区分高阶辐射校正的贡献。
Trace and chiral anomalies in QED and their underlying theory interpretation
通过对可能的基础理论或新物理的退耦效应进行参数化，我们重新检验了某些单圈两点函数中正则迹关系和手征对称性的有效性。从一个完整的基础理论或新物理的角度而不是正则化的角度研究和解释了反常现象以及手征恒等式和迹沃德恒等式之间的关系，并发现了一些新的现象.
Landau singularity and the instability of vacuum state in QED
量子电动力学（QED）被认为是所有物理理论中最成功的理论。它可以预测物理量的数值，达到惊人的精确度。然而，从很早的时候就知道，在QED中，有两个重要的问题与理论的基础有关。1952年，Dyson提出了强有力的论证，指出量子电动力学中的微扰序列是不收敛的。仅仅三年后，在1955年，朗道认为QED中的有效运行耦合常数有一个极点（朗道奇点），尽管在一些非常高的能量尺度上。本文从这两个著名问题出发，详细讨论了QED微扰真空态的稳定性问题。对于我们许多在前苏联学习理论物理的人来说，朗道一直是一个崇拜的人物。作为莫斯科人民友谊大学理论物理系的一名本科生，在20世纪70年代，我从小就听到我的老师们讲述关于列夫·达维多维奇传奇人物的丰富多彩的故事，他们中的一些人在个人层面上认识他。我很荣幸能把这篇文章贡献给《电子学理论物理杂志》的朗道百年纪念卷。
On the Prospect of Studying Nonperturbative QED with Beam-Beam Collisions
我们证明了第一次探测量子电动力学的完全非微扰制度的可能性。通过在100 GeV级粒子对撞机中使用紧密压缩和聚焦的电子束，可以减轻束辐射损失，使粒子能够经历极端的电磁场。三维粒子细胞模拟证实了这种方法的可行性。设想的实验前沿有可能建立一个新的研究领域，并刺激发展一个新的理论方法，这尚未探索制度的强场量子电动力学。
The fate of infrared divergences in a finite formulation of field theory: QED revisited
在最近提出的Taylor-Lagrange正则化方法的框架内，我们重新分析了$QED$在次领先阶的辐射修正的计算。从一个定义良好的本地裸拉格朗日，使用这种正规化程序使我们能够操纵完全有限的基本振幅在紫外线以及红外制度，在物理$D=4$时空维度和物理无质量光子，所需的规范不变性。因此，我们可以分别计算电子的电磁形状因子和实光子发射的截面，在这些物理条件下，每个量都是有限的。然后，我们讨论的重整化群方程在这个正则化过程。由于红外发散的抑制，与（物理）有效电荷相关联的重整化群方程在$α^*=0$处有一个紫外稳定的不动点，表现出渐近自由型行为.最后，我们考虑的情况下，两个质量尺度，一个低，一个重，特别注意重和轻的自由度之间的自然解耦属性。作为一个直接的结果，精细结构常数应在无质量电子的极限为零。
On the design of experiments to study extreme field limits
为了研究电磁波非线性相互作用中的极端场极限，我们提出了高强度电磁脉冲与电子束团碰撞和多个电磁脉冲碰撞的实验。在这些激光等离子体实验中，将揭示非线性QED的效应。
The Strong Field QED approach of the vacuum interaction processes at ELI-NP
本文分析ELI-NP设施中强场QED的多光子非线性相互作用过程，包括运动学、动力学及截面计算，并介绍相关实验项目，旨在探索真空产生电子-正电子对等基本物理问题。
Probing High-Energy Physics with High-Precision QED Measurements
I summarize our self-contained determinations of the lowest order hadronic contributions to the anomalous magnetic moments a_{μ,τ} of the muon and tau leptons, the running QED coupling α(M_Z) and the muonium hyperfine splitting ν. Using as a revised estimate of the light-by light scattering: a_μ(LL)=85(18) 10^{-11}, we deduce: a_μ^{SM} = 116 591 861(78) 10^{-11}, a_τ^{SM} = 117 759(7) 10^{-8}, giving: a_μ^{SM}-a_μ^{exp}=162(170) 10^{-11}. We also obtain: α^{-1}(M_Z)=128.926(25) and the Fermi energy splitting: ν_F^{SM}=4 459 031 783(229) {Hz}. Lower bounds on some eventual new physics are given…
Sonoluminescence as a QED vacuum effect. I: The Physical Scenario
几年前，施温格提出了一种声致发光的物理机制，即量子电动力学（QED）真空态性质的变化。这种机制最常被描述为卡西米尔能量的变化：零点能量分布的变化，最近一直是相当大的争议的主题。本文进一步发展了这种量子真空方法的声致发光：我们计算Bogolubov系数相关的QED真空状态中存在的均匀介质的介电常数的变化。通过这种方式，我们得到了光谱，光子数和发射的总能量的估计。我们强调折射率的快速时空变化的重要性，以及所发射的辐射对折射率作为波数，压力，温度和惰性气体混合物的函数的精确依赖性的灵敏度。虽然动态Casimir效应的物理学是QED的普遍现象，但特定的实验特征被编码在控制折射率细节的凝聚态物理中。这种计算的地方，而严格的限制使用动态卡西米尔效应作为声致发光的解释的可能性，我们希望这种情况将很快服从直接实验探测。在配套文件中，我们讨论了技术的复杂性，由于有限尺寸的影响，但为了清楚起见，在本文中，我们只关注体积效应。
Light Propagation in a Background Field for Time-Space Noncommutativity and Axionic Noncommutative QED
研究了背景电磁场中时空非对易性对光传播的低能效应。与前面的一些说法相反，我们发现消失的时空换向器$[\hat{x}^i,\hat{x}^0]= 0$没有偏振旋转，虽然色散关系被修改，允许传播速度比真空光速。对于非零的$[\hat{x}^i,\hat{x}^0]$，在适当的量子化条件下，当物理场通过Seiberg-Witten映射定义时，发现实际上不存在朴素旋转效应。我们还考虑了弱耦合到小质量粒子如轴子的非对易QED。非交换性被发现占主导地位的逆振荡长度，相比轴子质量和QED效应，混合粒子质量小于$10^{-12} eV$。基于光子-轴子跃迁速率的轴子耦合的常规约束是未修改的，然而诱导椭圆率与非对易性平方长度尺度成比例。这最后一个效果被发现是太小，以解释由PVLAS实验报告的椭圆率，但无法用传统的量子电动力学或轴子物理解释。
Julian Schwinger: Nuclear Physics, the Radiation Laboratory, Renormalized QED, Source Theory, and Beyond
朱利安·施温格对二十世纪科学的影响是深远而普遍的。当然，他最著名的是量子电动力学的重整化理论，他与理查德·费曼和Sin-itiro Tomonaga分享了诺贝尔奖。虽然这一胜利无疑是他最英勇的工作，但他的遗产主要是通过经典电动力学、量子变分原理、适当时间方法、量子异常、动力学质量生成、部分对称性等方面的微妙而优雅的工作而流传下来的。从一个男孩开始，他在20世纪30年代末迅速成为杰出的核物理学家，在第二次世界大战期间领导了麻省理工学院雷达技术的理论发展，然后，在战争结束后不久，征服了量子电动力学，并成为量子场论的领导者20年，然后在他的最后四分之一个世纪里走上了一条更加偶像化的路线。
New Strong-Field QED Effects at ELI: Nonperturbative Vacuum Pair Production
自从索特、海森堡、欧拉和科克尔的工作以来，人们已经理解了量子电动力学（QED）中的真空极化效应预测了引人注目的新现象，如光-光散射和真空中的电子对产生。然而，这些基本效应很难在实验上探测，因为它们非常弱，并且很难在理论上分析，因为它们是高度非线性和/或非微扰的。极光基础设施（ELI）项目为这个基本上未被探索的世界提供了一个新的窗口。我回顾了这些想法，以及一些新的结果，解释了为什么量子场论学家对激光科学这一迅速发展的领域如此感兴趣。我专注于已开发的理论工具来分析非微扰真空对生产。
Probing For New Physics and Detecting non linear vacuum QED effects using gravitational wave interferometer antennas
真空中的低能非线性QED效应自1936年以来就被预言，并且几十年来一直是研究的主题。两个主要的方案已经提出了这样的'第一'检测：测量椭圆度的线偏振光束通过磁场和直接光-光散射。研究光在外场中的传播也可以用来探索新的物理学，如轴子粒子和毫荷电粒子的存在。它们在自然界中的存在会导致真空的折射率在存在外场的情况下不同于1，并且取决于光传播的偏振方向。在LIGO和VIRGO等引力波干涉仪中达到项目灵敏度的主要成就，为使用此类仪器检测电动力学中的QED校正和在极低能量下探索新物理开辟了可能性。本文讨论了直接测量双折射率与折射率测量的区别。我们提出了一个几乎寄生的实施外部磁场沿武器的处女座干涉仪，并讨论了这种选择的优势相比，以前提出的配置的基础上较短的原型干涉仪，我们认为是不够的。考虑到应变的设计灵敏度，对于不久的将来的VIRGO+干涉仪，$h<2\cdot10^{-23} \frac{1}{\sqrt{\rm Hz}}$在40 Hz范围内$- 400$ Hz导致在20 Hz以上的频率处的可变偶极磁体配置，使得$B^{2}D \ge 13000$ T $^{2}$ m/ $\sqrt{\rm Hz}$用于"第一“真空非线性QED检测。
Nondecoupling phenomena in QED in a magnetic field and noncommutative QED
研究了强恒定磁场中QED的动力学性质及其与非对易QED的联系。结果表明，在最低朗道能级（LLL）占优区，费米子行列式中的U（1）规范对称性转化为非对易的$U(1)_{nc}$规范对称性.在这个区域中，有效作用量与非对易QED中的作用量密切相关，原来的U（1）规范沃德恒等式被打破（LLL反常）。另一方面，它示出，虽然在红外区域中的无限数量的更高的朗道水平的每一个的贡献被抑制，它们的累积贡献不是（非去耦现象）。这导致了红外动力学中原始U（1）规范对称性的恢复。这一现象背后的物理学反映了在这个问题中，在空间无限大的边界动力学的重要作用。
Advances in QED with intense background fields
即将进行的和计划中的实验结合了越来越强的激光和高能粒子束，将获得非线性、相对论、量子效应的新机制。这种改进的实验能力推动了QED在强背景场中的实质性进展。我们在这里回顾了在过去十年中取得的进展，重点是理论和现象学。当达到更高的强度时，有必要考虑散射粒子数和环数的高阶过程，并考虑非微扰物理（例如Schwinger效应），极端强度需要重新计算环膨胀。除了增加强度外，实验将达到更高的准确性，这些改进与理论的发展相匹配，例如近似框架，有限尺寸效应的描述以及分析的物理现象范围。已经取得实质性进展的主题包括：辐射反应，自旋和极化，非线性量子真空效应以及与其他领域的联系，包括标准模型之外的物理学。
Strong Field, Noncommutative QED
本文综述了强背景场在非对易QED中的作用。从非对易麦克斯韦方程和狄拉克方程开始，我们描述了如何结合非对易和强场效应修改费米子和光子的传播。我们扩展这些研究超出了恒定背景的情况下，给出了一个新的和揭示的光子色散关系的解释。考虑在背景场的散射，我们然后表明，非对易光子是主要负责产生强场QED结果的偏差。最后，我们提出了一种构造非对易QED规范不变变量的新方法，并用它分析了零背景场的物理性质。
Strong-Field Physics in QED and QCD: From Fundamentals to Applications
本文综述了QED和QCD中强电磁场量子动力学的基础与应用，涵盖朗道量子化、重求和、真空涨落、维度约化及手征输运现象，并总结了2022年底前的格点QCD进展。
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