Kinetic theory of QED plasmas in a strong electromagnetic field. II. The mean-field description
本文从广义相对论动力学方程出发，采用协变密度矩阵方法导出了强外场中QED等离子体的费米子自洽平均场方程。一个薛定谔图片制定类空超平面。分布函数的演化由在旋量空间中分解的单粒子规范不变的4x4维格纳矩阵描述。相应的维格纳分量的耦合系统的方程得到。极化电流用维格纳函数表示。遵守电荷守恒。在Wigner分量的准经典极限下，得到了一个相对论性的Vlasov方程，它是以不变的形式表示的，即与超平面无关的形式。
2001-06-01 hep-th physics.plasm-ph quant-ph
Plasma modes in QED super-strong magnetic fields of magnetars and laser plasmas
Institute for Advanced Study, School for Natural Sciences, Princeton（普林斯顿高等研究院自然科学学院）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）；Department of Physics and Astronomy, University of Kansas（堪萨斯大学物理与天文系）；Laboratory for Nuclear Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院核科学实验室）
本文提出QED等离子体框架，研究强磁场下等离子体模式，揭示QED效应如何修改色散曲线及共振特性，为磁星和实验室实验提供理论支持。
2024-06-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Background Field Method in Thermo Field Dynamics Theory for Wave Propagation in Unmagnetized Spinor QED Plasmas
本文发展了旋量量子电动力学（QED）等离子体集体模的多体相对论性量子场论。我们将热场动力学引入QED等离子体研究。采用非平凡背景场方法，考虑了背景带电等离子体粒子和辐射场的非微扰性。它是Yuan Shi等人[Phys. Rev. A 94，012124（2016）]在标量QED等离子体研究中首次引入的“Furry picture”的扩展。然而，他们的波函数方法在计算理想系统背景场时，很难推广到一般的多体情况。我们提出了一个经典的极限方法，它可以以一种实用的方式包括大多数微扰高能和量子多体方面。作为例子，讨论了非磁化正负电子等离子体中波的传播。在低能极限情况下，恢复了非相对论简并等离子体的色散关系。此外，还讨论了相对论引起的等离子体粒子质量增加、真空极化引起的有效电荷减少、有限光速对色散关系的影响以及温度对等离子体系统的影响。此外，还首次报道了正负电子对等离子体的零声和等离子体振荡诱导的粒子产生等新现象。最后，研究了高能量极限情况。
2020-12-17 physics.plasm-ph
Eigenmodes in an ultra-relativistic ultra-magnetized pair QED-plasma
University of Kansas（堪萨斯大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究超强磁场和相对论温度对超相对论电子-正电子等离子体（电荷中性及非中性）中正常等离子体模式的联合修正，发现等离子体频率截止降低导致相对论和场致透明，以及电磁波折射率的温度无关修正。
2026-06-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effective action approach to wave propagation in scalar QED plasmas
发展了一种具有非平凡背景场的相对论性量子场论，并将其应用于等离子体中的波的研究。从标量QED的标准作用量出发，利用路径积分从头计算了电磁4-势的有效作用量。由此产生的有效作用量是规范不变的，并包含非定域相互作用，由此规范玻色子获得质量而不破坏局域规范对称性。为了证明一般理论是如何应用的，我们研究了一个冷的非磁化等离子体和一个冷的均匀磁化等离子体。利用这两个例子，我们证明了经典等离子体物理中所有已知的线性波都可以从取经典极限时的相对论量子结果中恢复。在相反的限制，经典的波色散关系进行了实质性修改。在非磁化等离子体中，即使等离子体是冷的，纵波也以非零群速度传播。在磁化等离子体中，即使等离子体很冷，非谐间隔的伯恩斯坦波也会持续存在。这些波解释了在X射线谱中观察到的回旋吸收特征。此外，两个非简并电磁波的截止频率被红移了不同的量。为了正确解释激光等离子体实验中的诊断结果，需要考虑这些修正。
2016-03-12 physics.plasm-ph
Simulations of relativistic-quantum plasmas using real-time lattice scalar QED
实时晶格量子电动力学（QED）提供了一个独特的工具，模拟等离子体在强场制度，集体等离子体尺度没有很好地从相对论量子尺度分离。作为一个玩具模型，我们研究标量QED，它描述了带电玻色子和电磁场之间的自洽相互作用。为了在计算机上求解这个模型，我们首先将标量QED作用量离散到格点上，以尊重外部微积分和U（1）-规范对称性的几何结构的方式。在经典统计体系中，格点标量QED可以通过在时间上推进一个统计等价的初始条件的系综来求解，使用通过使离散作用量极值化而获得的经典场方程。为了证明我们的数值方案的能力，我们将其应用到两个例子的问题。第一个例子是线性波的传播，我们使用数值谱恢复解析波色散关系。第二个例子是一个强激光与一维等离子体板相互作用，在那里我们演示了自然过渡从尾场加速对生产时，波的振幅超过Schwinger阈值。我们的实时格子方案是完全明确的，并尊重当地的守恒律，使其可靠的长期动态。该算法很容易使用区域分解并行化，并且在未来可以使用量子并行来计算系综。
2018-02-02 physics.plasm-ph
Quantum, spin and QED effects in plasmas
等离子体通常用经典方程描述。虽然这通常是一个很好的近似，但在某些情况下，量子描述是有动机的。在本文中，我们将包括几个量子效应，范围从粒子色散，提高了所谓的玻姆势，自旋效应，量子电动力学效应。当场强接近施温格临界场时，后者的影响出现，这可能发生在例如天体物理系统中。将介绍如何模拟这种量子效应的例子，并讨论这些模型产生的现象。
2008-04-02 physics.plasm-ph
Short wavelength electromagnetic propagation in magnetized quantum plasmas
研究了非相对论量子等离子体中等离子体波传播的量子电动力学（QED）短波长修正。导出了热多组分量子等离子体的一般色散关系。研究发现，通过简单地替换热速度和等离子体频率，任何波模的经典色散关系都可以被修改为包括量子和短波长QED效应。此外，色散关系已被修改，以包括强磁场的QED效应。结果表明，强磁场和短波长QED校正将在真空和其他非色散等离子体模式中引起色散。实验室和天体物理系统的应用进行了讨论。
2007-03-14 hep-ph physics.plasm-ph
Short wavelength quantum electrodynamical correction to cold plasma-wave propagation
研究了短波量子电动力学（QED）修正对等离子体波传播的影响。研究了磁化和未磁化等离子体中的等离子体振荡和电磁波的影响。短波QED修正对等离子体振荡和非寻常模的影响最为显著。特别是，QED校正允许等离子体振荡传播，并且异常模式失去了它的阻带。我们的结果的意义进行了讨论。
2006-08-16 hep-ph physics.plasm-ph
Non-Fermi liquid behavior of the drag and diffusion coefficients in QED plasma
我们计算了低温QED等离子体中的阻力系数和扩散系数，并超越了首阶近似。这些系数的非费米液体行为被清楚地揭示。我们观察到，在这两种情况下，由于软横向光子交换的次领先的贡献大于来自纵向扇区的领先的订单条款。结果在零和低温下以封闭形式呈现。
2011-10-20 astro-ph.HE cond-mat.other hep-ph
Creating pair plasmas with observable collective effects
本文探讨了利用高能电子束与强激光脉冲对撞产生高密度电子对等离子体以观测集体效应，并确定了实现可观测QED等离子体的最小参数。
2024-02-12 physics.plasm-ph
Detecting Quantum Stochastic Effects in Radiation Reaction via Laser-Produced Surface QED Plasmas
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
提出用超强激光照射V形等离子体腔，通过表面波与电子束碰撞触发辐射反作用，利用三维PIC模拟发现量子随机模型在偏转电子束中保留高能成分，形成可观测的角谱特征。
2026-06-28 physics.plasm-ph
Collimated QED Cascades with Curved Plasma Mirror
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Institute for Applied Physics of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院应用物理研究所）
利用曲率等离子体镜反射单个超高强度激光脉冲，实现高效率、高聚焦的QED级联，生成可控的物质-反物质等离子体。
2025-08-01 physics.optics physics.plasm-ph
Electromagnetic field solver for QED polarization in super-strong magnetic fields of magnetar and laser plasmas
本文提出了首个在Schwinger极限外有效的电磁场求解器，通过非线性Maxwell方程建模超强磁场中的QED真空极化，并验证了其对电磁波双折射效应的准确再现，可广泛应用于多种动理学模拟。
2025-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
QED Plasma and Magnetars
磁星被扩散的等离子体包围，其磁场强度远高于量子电动力学临界值。我们使用有效场论参数推导出这种等离子体的“量子无力电动力学”方程。我们认为，量子效应不修改磁层的大尺度结构，特别是自旋下降率不偏离经典的结果显着。我们提供了明确的演化方程，可用于探索潜在的重要的小尺度修正，如冲击波的形成，这已被提出作为一种机制，从磁星的爆发和静态发射。
2015-04-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Simulations of spin/polarization-resolved laser-plasma interactions in the nonlinear QED regime
该研究在PIC代码中实现自旋/极化分辨的SF-QED过程，构建新理论平台，以研究超强激光与物质相互作用中的强场物理。
2023-07-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetic reconnection: from MHD to QED
本文探讨了利用激光等离子体研究磁场线重联和带电粒子加速的新制度的前景。通过分析磁流体动力学方程和电子磁流体动力学方程的精确自相似解，讨论了与等离子体中电流片形成有关的三维结构中等离子体动力学的基本特征。在此基础上，研究了在超相对论极限下，当多束激光脉冲在无碰撞等离子体中产生极性相反的磁场时，在位移电流占主导地位的情况下，产生的大尺度强电场的磁场湮灭问题。该场导致磁能转换成薄电流片内加速粒子的动能。讨论了当辐射摩擦和量子电动力学效应占主导地位时，磁场重联过程中带电粒子的加速问题。
2016-10-12 physics.plasm-ph
QED Plasma at Finite Temperature up to Two Loops
本文研究了高温下两圈能级的量子电动力学（QED）真空极化张量及其对介质电磁性质的影响。在低温（T $\leq 10^{10}K$）下，对QED耦合的单圈修正消失，但在高温（T $\geq 10^{10}$ K）下，单圈修正对研究QED介质的行为起着重要作用。在低温下（$T \leq m_e$），由于辐射与物质的耦合，高阶环给出了微小的校正，热光子环与冷费米子环的重叠有助于这种效应。这些较高的环路贡献并不影响微扰级数的收敛性，并且在中微子退耦附近的温度下保证了QED的重整化性。我们利用有限温度下量子电动力学的重整化方案，研究了在这种介质中动态产生的光子质量，这表明了等离子体激元的产生。讨论了这种QED等离子体参数的温度依赖性。我们明确表明，这种行为的热介质存在高达几兆电子伏的温度。我们比较了一阶和二阶效应高达4MeV的温度，并证明了高阶的贡献小于低阶的贡献，证明了理论的重整化。最低阶贡献也比原始值小得多。
2018-08-30 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
A Fully Spin and Polarization Resolved Strong Field QED Algorithm for Particle-in-Cell Codes
针对超强激光等离子体相互作用中的非线性相对论量子现象，本文在OSIRIS框架中开发并验证了纳入自旋和偏振分辨QED过程的QED-PIC扩展，以推进相关现象研究。
2025-11-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma Physics in Strong Field Regimes
在强电磁场中，新的等离子体现象和应用不断出现，其建模需要解析理论和数值方法，我将在这篇论文中发展。基于我对经典等离子体模型的新结果，强磁场在激光-等离子体相互作用中的作用现在可以理解了。此外，基于我新的等离子体量子电动力学（QED）模型，现在可以理解天体物理环境中的强场QED效应，并在实验室环境中进行测试。
2018-08-17 physics.plasm-ph
QED cross sections in strong magnetic fields
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；University of Turku（图尔库大学）
本文研究强磁场中量子电动力学散射过程，采用新方法系统分析树级散射过程，为磁星等强磁场环境的等离子体动力学提供理论支持。
2026-03-26 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
Pair filamentation and laser scattering in beam-driven QED cascades
本研究在束流驱动QED级联中观测到电子-正电子对等离子体的纵向丝化，指出其由激光有质动力而非双流或Weibel不稳定性引起，并表明该丝化会导致激光能量向大角度强烈散射，是集体QED等离子体动力学的标志。
2024-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser absorption via QED cascades in counter propagating laser pulses
本文描述了一个量子电动力学级联自洽产生的正负电子等离子体中激光吸收的模型。激光能量主要通过非线性康普顿散射的硬光子发射而被吸收。吸收的程度取决于激光强度和脉冲持续时间。的QED级联研究与多维粒子在细胞中的模拟补充的QED模块和宏粒子合并算法，允许处理粒子数量的指数增长。结果范围从中等强度的制度（$\sim$ 10 PW），其中激光吸收可以忽略不计，极端强度（> 100 PW）的吸收程度达到80%。我们的研究表明，分析模型和模拟之间的良好协议。研究了硬光子发射和产生的对等离子体的预期特性，并讨论了近期激光装置的实验特征。
2015-12-16 physics.plasm-ph
QED cascade initiation via reflection of a multipetawatt laser pulse from a self-organized parabolic plasma mirror
本文提出利用单个多拍瓦激光脉冲从自组织抛物面等离子体镜反射来引发QED雪崩级联，在27 PW功率下观测到指数增长和超过15代正电子，证明无需多通道精确同步即可实现。
2025-08-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Relativistic Expansion of Electron-Positron-Photon Plasma Droplets and Photon Emission
在相对论流体力学中讨论了热电子-正电子-光子等离子体液滴的膨胀动力学。设想在未来的实验中通过用反向传播的超强激光束照射薄箔来产生这种液滴，它们是伽马辐射闪光的来源。温暖的电子-正电子等离子体液滴可以通过加宽的511 keV线来识别和表征。
2010-08-20 hep-ph physics.plasm-ph
Electron-Positron Plasma Drop Formed by Ultra-Intense Laser Pulses
研究了强激光脉冲形成的电子-正电子等离子体小液滴的初始性质和正电子湮灭。这种QED级联引发的等离子体通常远低于化学（粒子产率）平衡。我们发现，可用的电子和正电子平衡动力学，但尽管相对较高的粒子密度，电子正电子湮没是非常缓慢的，这表明一个相当长的寿命的等离子体下降。
2012-04-25 hep-ph physics.plasm-ph
Self-triggered strong-field QED collisions in laser-plasma interaction
提出利用单个激光脉冲在等离子体中自聚焦并反射后与电子碰撞的新方案，实现强场QED深量子区域并产生约40 pC正电子。
2024-08-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Compact Cryogenic Source of Periodic Hydrogen and Argon Droplet Beams for Relativistic Laser-Plasma Generation
我们提出了一个低温源的周期性流的微米大小的氢和氩液滴作为理想的质量有限的目标系统的基本强激光驱动等离子体应用。高度紧凑的设计与高时间和空间液滴稳定性相结合，使我们的注射器非常适合使用最先进的高功率激光器的实验，其中激光脉冲和液滴之间的精确同步是强制性的。我们通过用多太瓦脉冲照射氩液滴来证明这一点。
2012-01-18 physics.plasm-ph
Electron Beam Formation and its Effect in Novel Plasma-optical Device for Evaporation of Micro-droplets in Cathode ARC Plasma Coating
被认为是额外的能量泵入电弧等离子体流的自洽形成的径向定向束的高能电子蒸发的微液滴。径向束出现在圆柱形内表面附近的二次离子-电子发射在这个表面周围的电弧等离子体流离子轰击。在等离子体光学系统的圆柱形通道中，束流在径向电场和纵向磁场的交叉作用下，产生电势跃变加速。在微滴移动通过系统的时间期间，高能电子泵送足够用于微滴蒸发的能量。
2020-11-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of Polarized Overdense Pair-photon Fireball via Laser-Driven Nonlinear-linear QED Cascade
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；China Institute of Atomic Energy（中国原子能科学研究院）
本文提出一种利用激光驱动非线性-线性量子电动力学级联生成极化过密电子-光子火球的方法，该方法显著降低了实验室中生成密集火球所需的激光强度阈值，实现了高极化和准中性火球的生成。
2026-07-07 physics.plasm-ph
Brilliant GeV Gamma-ray flash from Inverse Compton Scattering in QED Regime
提出了一种研究量子电动力学（QED）体系中激光-等离子体逆康普顿散射非相干光子发射的全光学方案。提出了一个理论模型，解释了辐射反应俘获、自生磁场和螺旋吸引子在相空间中的耦合作用，保证了能量和角动量从电磁场向粒子的转化.利用一个前瞻性的$\sim$ 10 $^{23}$ W/cm $^{2}$激光设备，三维粒子在细胞（PIC）模拟表明，目前的伽马射线闪光具有前所未有的功率数拍瓦（PW）和亮度为1.7 $\times$ 10 $^{23}$光子/s/mm $^2$ /mrad $^2$ /0.1 $\%$带宽（在1 GeV）。这些结果预示着粒子物理和实验室天体物理在探索激光等离子体相互作用时的新的研究方向。
2018-01-22 physics.plasm-ph
Field Theoretic Description of Ultrarelativistic Electron-Positron Plasmas
超相对论性电子-正电子等离子体可以在强激光场中产生，并在各种天体物理情况下发挥作用。它们的性质可以在有限温度下用QED计算。在这里，我们将使用微扰QED在有限温度下计算各种重要的性质，如状态方程，光子和电子的集体等离子体模式的色散关系，德拜屏蔽，阻尼率，平均自由程，碰撞时间，输运系数，和粒子产生率，超相对论电子-正电子等离子体。特别是，我们将集中在电子-正电子等离子体产生的超强激光。
2009-07-06 astro-ph hep-ph nucl-th
Gamma flashes from relativistic electron-positron plasma droplets
在不久的将来，超强激光有望产生相对论性的电子-正电子等离子体液滴。考虑到量子电动力学（QED）中完全领先的局域光子产生率，我们指出这些液滴是有趣的γ射线闪光源
2008-09-25 hep-ph nucl-th physics.plasm-ph
Ultrarelativistic Electron-Positron Plasma
超相对论性电子-正电子等离子体可以在强激光场中产生，并在各种天体物理情况下发挥作用。它们的性质可以在有限温度下用QED计算。在这里，我们将使用微扰QED在有限温度下计算各种重要的性质，如状态方程，光子和电子的集体等离子体模式的色散关系，德拜屏蔽，阻尼率，平均自由程，碰撞时间，输运系数，和粒子产生率，超相对论电子-正电子等离子体。特别是，我们将集中在电子-正电子等离子体产生的超强激光。
2008-10-06 hep-ph nucl-th physics.plasm-ph
Kinetic Theory of Radiation in Nonequilibrium Relativistic Plasmas
多粒子QED被应用于含有相对论电子和非相对论重粒子的多组分等离子体中辐射过程的动力学理论。在非平衡格林函数技术的框架内，得到了电磁场涨落的输运方程和质量壳方程。我们表明，横向场的关联函数可以分解成尖锐的峰值（非洛伦兹）部分，描述共振（传播）光子和离壳部分对应的虚光子等离子体。纵向场关联函数和相对论电子的关联函数也有类似的分解。作为一个新的结果，导出了有限谱宽共振光子的动力学方程。粒子和场关联函数的离壳部分对于计算相对论等离子体中的局域辐射功率和恢复真空QED的结果是必不可少的。讨论了等离子体效应和相对论准粒子谱函数的碰撞加宽对辐射过程的影响。
2009-02-03 physics.plasm-ph
Laser-driven plasma pinching in $e^{-}e^{+}$ cascade
采用三维粒子模拟方法，考虑量子电动力学（QED）的相关过程，研究了极端强度最终聚焦激光场中正负电子等离子体的级联产生及其动力学过程.我们表明，如果激光装置提供的总功率超过20 PW，它是可能的，不仅触发量子电动力学级联，但在产生的电子-正电子等离子体箍缩。在这种情况下，等离子体自压缩导致峰值密度和磁（电）场的突然上升，分别达到至少$10^{28}$ cm $^{-3}$和Schwinger场的1/20（1/40）。确定这个过程的实际极限和物理性质可能需要超越标准半经典方法的量子处理。因此，拟议的设置可以为探测和探索物质和真空的基础物理提供极端条件。
2018-08-31 physics.plasm-ph
Attosecond Nonlinear Quantum Electrodynamics in Laser-Driven Plasmas via Two-Photon Synchrotron Emission
Princeton University（普林斯顿大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
研究通过激光驱动等离子体中的双光子同步辐射，探索阿秒尺度的非线性量子电动力学现象，提出基于精细结构常数和洛伦兹因子的速率表达式，为分析复杂激光-等离子体相互作用提供指导。
2026-04-22 physics.plasm-ph quant-ph
Generation of Gamma-ray Beam with Orbital Angular Momentum in the QED Regime
提出了一种利用圆偏振拉盖尔-高斯激光照射薄等离子体靶，从激光-等离子体相互作用中同时产生具有轨道角动量（OAM）和高能量的γ射线光子的方案。自旋角动量和OAM首先从驱动激光光子转移到电子，然后OAM通过量子辐射从电子转移到伽马射线光子。该方案已被证明使用三维量子电动力学的粒子在细胞模拟。根据辐射光子的能量密度的图形特征，可以揭示超短超强涡旋激光的拓扑荷、手征性和载流子包络相位。
2016-05-24 physics.optics physics.plasm-ph
Diagnostic Techniques for Particle-in-Cell Simulations of Laser-produced Gamma-rays in the Strong-field QED Regime
利用粒子模拟方法研究了高功率激光脉冲与致密等离子体靶相互作用产生的多MeV（$γ$ -ray）光子的发射。提出了一套新的诊断技术，并应用于强场和超相对论电子的分析。这种方法阐明了负责有效的激光到$γ$能量转换的主要过程，包括非线性康普顿散射和磁韧致辐射，并提供了在微观水平上的相互作用的清晰图像。我们确定区域的高光子能量密度的等离子体目标，并获得高达30%的能量转换效率。的相互作用的基本特征进行了验证与全三维模拟。
2021-07-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Impact of ion mobility on nonlinear Compton scattering of an ultra-intense laser pulse in a plasma
我们证明了由高强度激光脉冲驱动的等离子体的非平凡色散定性地影响由激光脉冲触发的基本非微扰QED过程，即使在没有电子留在相互作用体积中的情况下，例如，因为有质动力的排出在无电子的情况下，这种等离子体效应由残余离子的响应电流作为对激光传播的色散效应来介导。因此，残留离子充当传播的电磁激光场的有效背景。我们证明，这对基本的非线性QED过程的光子发射的电子吸收大量的激光光子，称为非线性康普顿散射的影响。在两个示例性的情况下，我们发现离子等离子体抑制和增强的光子发射率约$10\%$的中间和高的激光强度，分别。后一种增强没有经典的类似物。
2020-05-05 hep-ph physics.plasm-ph
Monte Carlo sampling of first-order QED processes in laser and pulsar plasmas
University of Helsinki（赫尔辛基大学）
本文提出用Padé近似替代查表与数值求逆，对同步辐射和非线性Breit-Wheeler过程进行蒙特卡罗采样，以闭合形式给出量子参数，精度在1%内，可直接用于辐射粒子云胞内代码。
2026-09-25 astro-ph.HE hep-ph physics.comp-ph
Negative charge acquisition by isolated single microdroplets from plasma exposure at atmospheric pressure
该研究测量大气压低温RF等离子体短时暴露后47 μm孤立微液滴的负电荷，并结合有限元模拟揭示其接近Rayleigh极限，为等离子体充电微反应器建模提供依据。
2025-09-27 physics.plasm-ph
Laser opacity in underdense preplasma of solid targets due to quantum electrodynamics effects
我们研究了下一代激光脉冲在10 PW $-$ 200 PW与固体靶相互作用的相对论欠密预等离子体的放大自发发射（ASE）产生的存在。由于量子电动力学（QED）过程中产生的电子-正电子对和$γ$射线光子，激光打孔和相对论透明受到强烈的限制。一对等离子体的密度以上的初始preplasma密度形成，抵消了由钻孔产生的无电子通道。这种对主导的等离子体可以阻止激光输运并触发类似雪崩的QED级联，有效地将激光能量转换为光子。这使得1- $\rmμm$ -标度长度、欠密的预等离子体对该功率水平的激光脉冲完全不透明。因此，QED诱导的不透明性为固体靶实验中的这种脉冲设定了比经典等离子体物理预期的高得多的对比度要求。例如，我们的模拟表明，质子加速从后方的固体与preplasma将强烈受损。
2017-01-20 physics.plasm-ph
Radiation Reaction Kinetics and Collective QED Signatures
本文通过完整动力学模拟研究强激光与相对论电子束碰撞中的量子辐射反作用，揭示粒子对能量局部极小值及动量各向异性演化，为观测集体QED信号提供依据。
2023-12-07 physics.plasm-ph
SPIRE: Spin-Resolved Particle-in-Cell with Radiative Corrections for Extreme Laser--Plasma Interactions
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Zhengzhou University（郑州大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
研究人员开发了含自旋与光子偏振分辨及辐射修正的PIC代码SPIRE，用于强场QED regime下激光-等离子体相互作用的自洽模拟，经多维度基准测试验证其可靠性。
2026-10-14 physics.plasm-ph
Polarized QED Cascades over Pulsar Polar Caps
本文研究脉冲星极冠QED级联中的光子偏振效应，采用Monte Carlo QED算法结合单粒子和PIC模拟，发现CR光子高线性偏振而SR光子弱偏振，且CR光子偏振使$e^\pm$对产生增加约5%。
2024-04-28 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Relativistic spherical plasma waves
紧聚焦的激光脉冲在低密度等离子体中发散或会聚时会产生尾波，其局部结构为球面波。在这里，我们报告的理论研究的相对论性球面尾波及其性质，包括波破碎。这些波可能适合作为粒子注入器或飞行镜，既反射又聚焦辐射，从而实现独特的X射线源和非线性QED现象。
2011-01-26 physics.plasm-ph
Free electron charging of microdroplets in a plasma at atmospheric pressure
本文首次测量了大气压等离子体中微液滴的自由电子充电行为，发现15 μm液滴平均带电高达2.5×10^5个电子，并伴随高效H2O2生成，为可控调控液滴表面电场和化学性质提供了新途径。
2025-09-22 physics.plasm-ph
Evaluation of QED cross sections in strong magnetic fields
University of Helsinki（赫尔辛基大学）
本文基于QED非线性特性，研究强磁场下粒子散射截面，采用磁催化形式计算树级散射过程，为磁极星磁层等物理场景提供理论支持。
2026-03-27 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
Relativistic three-body recombination with the QED vacuum
研究了当存在第二个自由电子时，电子-正电子对湮灭成单个光子的情况。在相对论体系中，我们证明了三轻子相互作用中发射的光子可能具有不同的角分布和偏振特性。此外，在几兆电子伏温度的相对论性电子-正电子等离子体中，该过程可以支配双光子湮没。与电子与离子的三体复合的类比。
2011-05-02 hep-ph physics.atom-ph physics.plasm-ph
Massive, Long-Lived Electrostatic Potentials in a Rotating Mirror Plasma
本文提出在旋转镜等离子体中通过同时抑制漂移流剪切和平行电流，实现内部大电压降而边界小电压降，从而突破材料耐受极限，为磁化等离子体承受更大稳态电压降开辟可能。
2024-05-27 physics.plasm-ph
Generation of Ultra-intense Gamma-ray Train by QED Harmonics
当激光强度超过10^22W/cm ^2时，在激光与等离子体相互作用中，高次谐波过程可以产生能量超过MeV的光子。我们发现在这样的激光强度下，量子电动力学效应在辐射图样中起主导作用。与气体和相对论HHG过程相比，QED谐波产生的γ射线辐射的出现和能量都是随机的，而且QED谐波通常不相干，同时保持了高强度和超短持续时间的特性。模拟结果表明，γ射线训练的周期是激光周期的一半，峰值强度为1.4e22W/cm ^2。这种新的谐波产生与QED效应是至关重要的光-物质相互作用在强场，并可以在实验中验证10 PW激光装置在不久的将来。
2015-08-25 physics.plasm-ph
Pair Discharges and Radio Emission from Pulsar Magnetospheres
University of Helsinki（赫尔辛基大学）
针对脉冲星磁层放电与射电辐射的建模难题，提出解析并发模型与PIC模拟，验证了极限环行为等预测，为关联微观间隙动力学与宏观观测提供了理论框架。
2026-08-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Relativistic Plasma Physics in Supercritical Fields
自2018年获得诺贝尔物理学奖的啁啾脉冲放大技术发明以来，可用激光强度持续增加。结合我们对相对论等离子体动力学的理解，激光-等离子体相互作用的研究正在进入一个新的领域，其中相对论等离子体物理受到强场量子电动力学（QED）过程的强烈影响，包括硬光子发射和电子-正电子（$e^+$ - $e^-$）对的产生。量子发射过程和相对论集体粒子动力学的这种耦合可以导致引人注目的新的等离子体物理现象，例如从近真空产生致密的$e^+$ - $e^-$对等离子体，通过QED过程完全吸收激光能量，或者通过头发丝宽度的激光阻止可以穿透一厘米铅的超相对论电子束。除了具有根本利益外，研究这种新机制对于了解下一代超高强度激光物质实验及其应用至关重要，例如用于基础物理研究的高能离子，电子，正电子和光子源，医学放射治疗以及用于国土安全和工业的下一代射线照相术。
2020-05-14 hep-ph physics.plasm-ph
