Using an intense laser beam in interaction with muon/electron beam to probe the Noncommutative QED
在背景如外部磁场或非对易时空中，线偏振光通过前向康普顿散射可以部分地转变为圆偏振光。基于这一事实，我们探讨了NC背景对线偏振激光束与强流带电轻子束散射的影响。我们表明，μ子/电子束流$\bar\varepsilon_{μ,e}\sim 10^{12}/10^{10}\,{\rm TeV}\,{\rm cm}^{-2}\,{\rm sec}^{-1}$和线偏振激光束的能量$k^0\sim $ 1 eV和平均功率$\bar{P}_{\rm laser}\simeq$ 1 MW，圆偏振光的产生率约为$R_{_V} \sim 10^4/{\rm sec}$的非对易能量标度$Λ_{\tiny{NC}}\sim 10$ TeV。这是相当大的，可以在不久的将来增长更强的光束。
2016-08-04 hep-ph hep-th
Higgs-strahlung boson production in the presence of a circularly polarized laser field
在电弱标准模型的框架下，在质心框架下研究了强激光场作用下希格斯玻色子通过${e}^{+} {e}^{-}$湮灭$({e}^{+} {e}^{-}\rightarrow ZH)$的产生.通过与Djouadi \cite{1}在无激光过程中的结果比较，我们发现圆偏振激光场对$s$通道希格斯玻色子玻色子的产生有显著的影响.我们发现，对于给定的交换光子数，激光场强度和频率，总的截面减少了几个数量级。激光场对截面的影响与在圆偏振激光场\cite{2}存在下通过QED过程产生μ子对的结果一致。
2021-04-21 hep-ph hep-th
Testing strong-field QED with the avalanche precursor
本研究通过3D粒子模拟探讨了50拍瓦级NSF OPAL激光装置在真实参数下触发QED雪崩前驱的潜力，证明三种靶材均可高效注入种子电子并产生强正电子与高能光子信号，为强场QED实验设计提供了重要依据。
2025-09-17 hep-ph physics.plasm-ph
Probing nonperturbative QED with optimally focused laser pulses
我们研究非微扰对生产的强烈，聚焦激光场称为电子偶极脉冲。我们解决所需的条件，如真空的质量，达到高强度，而不启动光束耗尽级联，可以创建的对的数量，和实验检测所创建的对。我们发现，e-偶极脉冲提供了一个最佳的方法来调查非微扰QED。
2013-07-26 hep-ph physics.plasm-ph
Cascade of polarized Compton scattering and Breit-Wheeler pair production
本研究通过解析计算与蒙特卡洛模拟，探究电子引发的逆康普顿散射与Breit-Wheeler对产生级联过程的极化转移规律，揭示不同代粒子的极化曲线特征，为激光驱动QED等离子体及高能天体物理研究提供关键支撑。
2023-11-06 hep-ph
Neutrinos from muon-rich ultra high energy electromagnetic cascades: The MUNHECA code
本研究推出公开python3代码MUNHECA，用于计算超高能电磁级联产生的高能中微子能谱，支持多种场景与参数设置，改进了相关过程建模并验证了结果合理性。
2024-03-07 hep-ph
Soft gluon cascades and BFKL equation
在本文中，我们处理高能量散射的Regge限制，使用软级联方法。在微扰QCD的对数近似下，导出了软胶子级联中胶子密度的演化方程，并证明了该方程在正演情形下是BFKL方程的再现。整个级联等效于一个胶子，其自能负责胶子reggeization。同样类型的方程得到的QED的情况下。
2005-04-19 hep-ph
Analytical model for electromagnetic cascades in rotating electric field
电磁级联作为一种重要的量子电动力学效应，在各种不同的电磁场位形中表现出来，引起了人们的广泛关注。本文对旋转电场中的叶栅动力学进行了解析和数值研究。建立了正负电子等离子体和γ量子的动力学方程。导出并分析了标度律。对于远高于阈值产生的级联的依赖性的级联参数的场频率的推导。计算了高能级联粒子的能谱。数值模拟验证了分析结果。
2011-06-01 hep-ph
Nonlinear optical properties of the magnetized QED Vacuum
描述了量子电动力学所预言的电磁真空非线性光学性质的新过程。我们考虑存在静态和旋转磁场。谐波产生和两种不同类型的边带级联的情况下被认为是。一阶和二阶效应相对于外部磁场进行了详细讨论。可能的实验配置使用超强激光器进行了比较，在稳定的光学腔的连续激光器的替代使用。
2007-04-12 hep-ph
Limitations on the attainable intensity of high power lasers
结果表明，即使是一个单一的$e^-e^+$对产生的超强激光场在真空中将导致雪崩的QED级联的发展，迅速耗尽入射激光脉冲。这证实了老N。玻尔猜想，具有临界QED强度$E_S=m^2c^3/e\hbar$的电场永远不可能产生。
2010-04-29 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Self-Similarity and Criticality in the Boson (pions) field produced according to dynamic cascade models
本文揭示了费米子-反费米子对（或QCD中的夸克-反夸克）产生的内外动力学模型是一个非平衡过程。复杂系统的自相似性和平衡状态下连续相变的临界点等性质出现。在这项工作中，我们表明，这是完成强加一种类型的映射过程中，通过一个自组合运营商的QED_2玻色子（或π介子）字段。
2019-04-28 cond-mat.stat-mech hep-ph
Benchmarking semiclassical approaches to strong-field QED: nonlinear Compton scattering in intense laser pulses
与光子发射相关的反冲是强电磁场中超相对论电子动力学的关键，如在高强度激光-物质相互作用和天体物理环境（如中子星磁层）中发现的。当光子的能量变得与电子的能量相当时，有必要使用量子电动力学（QED）来精确描述动力学。然而，由于多粒子效应和电磁场的复杂结构，从强场QED计算适当的散射矩阵元通常是不可能的。因此，这些相互作用的半经典处理，耦合概率发射事件的经典电动力学使用率计算的局部恒定场近似。在这里，我们提供了全面的基准这种方法对精确的量子电动力学计算的非线性康普顿散射的电子在强激光脉冲。我们发现协议的光子光谱之间的百分比水平，以及从背景场的吸收模型的预测之间，归一化振幅$a_0 > 5$。我们讨论了改进的数值方法的可能途径和我们的研究结果的QED级联的影响。
2018-08-02 hep-ph physics.plasm-ph
Second Order QED Processes in an Intense Electromagnetic Field
研究了强平面电磁波作用下的一些非线性二阶QED过程。导出了圆极化外电磁场中康普顿散射和$e^+e^-$对产生的一般运动学解析表达式。的微分截面进行了研究数值光子能量高达50兆电子伏，外场强度参数$ν^2$值为2，和所有的散射角。还建立了全截面随外场强度的变化关系。外场的存在导致了康普顿散射和电子对产生微分截面中的共振。这些共振进行了研究，通过计算在外场的存在下的电子自能量。在共振时，微分截面增强了几个数量级。外电场强度参数$ν^2 <1$的值发生共振，降低了$ν^2 \sim 1$的极限，在这一点上，一阶外电场QED过程中的非线性效应变得重要。一般来说，全截面随着外场强度的增加而增加，尽管康普顿散射的峰值急剧上升，而对产生的峰值趋于平稳。在$e^+e^-$直线对撞机上进行了非线性本底研究。研究了在恒定正交电磁场作用下电子对的产生过程和电子自能。结果发现，以前的解析表达式需要外部场是方位对称的。新的解析表达式为更一般的非方位对称的情况下，被认为是一个数值参数范围相当于未来的直线对撞机设计建议。
2017-01-11 hep-ph
Approximating higher-order nonlinear QED processes with first-order building blocks
强激光场中的高阶树能级过程，即级联，通常非常难以计算，但在某些情况下，主要贡献来自一系列一阶过程，即非线性康普顿散射和非线性Breit-Wheeler对产生。在高强度下，场可以被视为局部恒定的，这是标准的粒子在细胞代码的基础。然而，局部恒定场（LCF）近似和这些粒子在细胞代码不能使用时，强度只有适度高，这是一个制度，是实验相关的。我们已经表明，人们仍然可以使用一个序列的一阶过程，以估计更高的订单在中等强度提供的领域是足够长的。我们的新的“胶合”方法的一个重要方面是中间粒子的自旋/极化的作用，这是更不平凡的LCF制度相比。
2020-06-04 hep-ph hep-th
Prolific pair production with high-power lasers
在波长为1微米、激光强度接近10^{24} W/cm ^2的情况下，可以产生大量的电子-正电子对。电子轨迹和相互作用的节点（B=0）的两个反向传播，圆偏振激光束的分析表明，级联的伽马射线和对的发展。的几何形状定性地推广到线性偏振和激光束入射在固体目标上。
2008-10-16 hep-ph
Radiative trapping in intense laser beams
反传播，圆偏振激光束中的电子的动态显示出吸引子，其捕获粒子的能力取决于光束强度的比率和描述辐射反应的单个参数。解析表达式的基础极限环和参数范围内，它们是稳定的。在高强度的光脉冲，辐射反应强烈修改的轨迹，准直伽马射线的生产和电子-正电子对的非线性级联的启动可以通过一个合适的选择的强度比进行优化。
2016-07-08 hep-ph physics.plasm-ph
Laser-driven search of axion-like particles including vacuum polarization effects
研究了强激光场中光子进入类轴子粒子的振荡。通过真空极化张量的低能行为来考虑非线性QED效应，真空极化张量是在单圈和弱场近似下由Euler-Heisenberg Lagrangian导出的。在这个框架中得到的表达式被应用到配置中的强背景场是一个圆偏振单色平面波。分析结果表明，在低能量动量转移的情况下，轴子场在真空中诱导了手征双折射和二向色性，这在纯QED背景下是不明显的。还确定了相应的偏振面的椭圆率和角旋转。我们利用这些可观的轴子参数施加排斥限制。我们的预测涵盖轴子群众的设置的基础上偶极磁铁提供不太严格的限制。可能的实验方案中，我们的结果可以进行测试进行了讨论。
2014-02-26 hep-ph hep-th
Reaching supercritical field strengths with intense lasers
当激光场被提升到远大于量子电动力学临界场的“超临界”强度时，高能电子束与强激光的碰撞将破坏量子电动力学的所有微扰方法。随着电场强度向这一方向的增加，预计会产生光子发射和电子-正电子对的级联，以及大量辐射修正的开始。在这里，我们确定的碰撞角在减轻能量损失的光子发射，否则将阻止电子达到超临界状态所发挥的重要作用。我们表明，在几十GeV的能量的电子束和强度$10^{24}~\text{W}\text{cm}^{-2}$的激光脉冲之间的碰撞，在斜入射，甚至是正常的，是一个可行的平台，研究微扰强场QED的击穿。我们的研究结果对近期实验的设计有影响，因为它们预测某些量子效应在斜入射时会增强。
2019-05-01 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
Boson pair production in arbitrarily polarized electric fields
利用等时Feshbach-Villars-Heisenberg-Wigner方法计算了两种任意极化电场下产生的玻色子的动量谱和数密度，并与产生的费米子的动量谱和数密度进行了比较，证实了对于均匀时变电场，它与标量QED中的量子Vlasov方程完全等价.对于椭圆极化场，我们发现所产生的玻色子的数密度是自旋向上的电子数密度的平方根乘以自旋向下的圆极化场。此外，自旋极化的程度大致增长的Keldysh绝热性参数的增加，任意极化的多光子场。对于由两个具有时间延迟的圆偏振场组成的场，证明了动量涡旋也存在于玻色子对的产生中，并且仅由粒子的轨道角动量引起。然而，由于粒子的自旋效应，涡旋可以再现量子统计效应。这些结果进一步加深了对电子对产生中一些重要特征的理解。
2019-10-21 hep-ph quant-ph
Dark QED from Inflation
任何暗区丰富的一个贡献来自于暴胀期间的引力产生。如果暗区与暴胀子和标准模型弱耦合，这可能是它唯一的产生机制。对于非相互作用的暗扇区，如自由质量费米子或自由质量矢量场，这种机制已经被广泛研究。在本文中，我们表明，通过暗质量QED的例子，相互作用的存在可能会导致一个巨大不同的质量的暗物质（DM）粒子，这可能与即将到来的实验探测的范围相吻合。在暗量子电动力学的背景下，我们研究了暴胀后暗区能量密度的演化。暴胀产生了一个由大量玻色子组成的冷矢量凝聚体，通过有趣的过程--施温格对产生、强场电磁级联和等离子体动力学--将其能量转移到少量的“暗电子”，并引发暗区的热化。由此产生的暗电子DM质量范围是从50 MeV到30 TeV，与不存在暗电子的大质量光子暗物质的$10^{-5}$ eV质量和不存在暗光子的$10^9$ GeV暗电子质量都有很大不同。这可能会显着影响暗QED的搜索策略，更一般地说，与自相互作用DM部门的理论。在动力学混合的存在下，可以通过即将进行的直接检测实验（如SENSEI-100 g和OSCURA）来搜索这个质量范围内的暗电子。
2021-09-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Semiclassical picture for electron-positron photoproduction in strong laser fields
研究了强、短激光脉冲作用下的非线性Breit-Wheeler过程。我们表明，对于相对论强平面波激光场的许多功能的动量分布的产生的电子-正电子对，如其扩展，区域的最高概率和载波包络相位效应可以解释从经典的演变中创建的粒子在背景场。为此，一个直观的半经典图片的基础上应用的概率振幅水平上的局部常数交叉场近似的建立和比较QED-PIC代码中使用的标准方法。主要的区别是光谱的子结构，这是由宏观分离的地层区域之间的干扰效应造成的。为了比较精确计算的半经典方法的预测，一个非常快速的数值方案。它使在一个网格上计算全微分谱成为可能，该网格可以分辨所有的干涉条纹。最后指出了激光四动量吸收过程中经典吸收与量子吸收的区别，并证明了前者的优势。作为一个自洽的治疗量子吸收是不可行的，在现有的QED-PIC方法，我们的研究结果提供了可靠的误差估计相关的制度，由于发展中的QED级联激光耗尽变得显着。
2016-04-22 hep-ph
Axion-induced birefringence effects in laser driven nonlinear vacuum interaction
研究了探测电磁场通过对向传播的强平面波的传播。电磁场（赝）标量轴子场相互作用和虚拟电子-正电子对介导的电磁场的自相互作用的有效拉格朗日方法的影响。首先，我们发现，如果强场是圆偏振的，相反的领先阶非线性QED效应，轴子光子相互作用诱导的手征双折射和二向色性在真空中。后者的效果是通过唤起沿探针和强波的共同传播方向的总角动量守恒来解释的，这使得只有具有相同螺旋度的探针和强场才能产生真正的轴子。此外，在超短强脉冲的情况下，它示出的探测光子的吸收系数依赖于脉冲的形式，特别是在载波包络相位的强光束。目前的研究结果可以利用实验来隔离非线性真空效应源于光轴子相互作用，特别是在即将到来的超强激光设施，严格的约束轴子光子耦合常数，原则上提供。
2013-11-18 hep-ph physics.optics
High-Energy Vacuum Birefringence and Dichroism in an Ultrastrong Laser Field
量子电动力学的一个长期预测，尚未被实验观察到，是真空中真实光子之间的相互作用。作为这种相互作用的结果，如果强激光场使其虚粒子-反粒子偶极子极化，真空将成为双折射和二向色的。在这里，我们推导出如何一般偏振探测光子束的真空双折射和二向色性的影响，在一个强的线偏振平面波激光场。此外，我们考虑了一个实验方案来测量这些影响的非微扰的高能量制度，在那里的欧拉-海森堡近似打破。通过采用圆偏振高能探测光子，而不是传统上认为的线偏振光子，在几天的时间尺度上以$5σ$置信度定量确认真空双折射非线性QED预测的可行性。即将推出的10 PW激光系统。最后，在真空中的二向色性和异常色散被证明是在这些设施访问。
2017-12-27 hep-ph
Theory of Radiative Electron Polarization in Strong Laser Fields
通过Sokolov-Ternov效应的电子和正电子的辐射极化对于高能物理中的应用是重要的。辐射自旋极化是量子辐射反应影响电子自旋动力学的一种表现。我们最近提出，类似的Sokolov-Ternov效应可能发生在超高强度激光的强电磁场中，这将导致飞秒内自旋极化的积累。本文提出了一种描述强电磁场中光束偏振的密度矩阵形式。首先，我们使用密度矩阵的形式主义研究自旋翻转的非线性康普顿散射及其依赖于初始极化状态的电子。数值计算表明，径向极化的散射电子束在圆偏振激光，我们发现方位角的偏振模式的超短激光脉冲。仅发射一个光子就可以获得接近9%的偏振度。我们发展的理论推导出一个局部常数交叉场近似（LCFA）的极化密度矩阵，这是一个推广的著名的LCFA散射率。我们发现自旋相关的表达式，可以包括在电磁带电粒子模拟代码，如粒子在细胞等离子体模拟代码，使用蒙特卡罗模块。特别是，这些表达式包括自旋翻转率为任意初始极化的电子。通过与超短激光脉冲中电子极化的精确QED计算的明确比较，证实了LCFA的有效性。
2018-08-20 hep-ph physics.atom-ph physics.plasm-ph
On Seminal HEDP Research Opportunities Enabled by Colocating Multi-Petawatt Laser with High-Density Electron Beams
科学界目前正在目睹一场昂贵的全球性竞赛，以实现尽可能高的光照强度。在未来十年内，这项工作预计将达到近$10^{24}\,\mathrm{W}/\mathrm{cm^2}$在实验室框架的重点是100 PW，近红外激光。这一努力背后的主要驱动力是通过量子电动力学（QED）级联研究强场真空击穿和伴随的电子-正电子对等离子体的可能性[Edwin Cartlidge，“The light fantastic”，Science 359，382（2018）]。而欧洲则专注于全光学10 PW级激光设施（例如，Apollon和ELI），中国已经计划将100 PW激光系统与25 keV超导XFEL并置在一起，因此也隐含了高质量电子束[上海监督超快激光设施（SULF）的极光站（SEL）]。本白皮书阐述了密集的多GeV电子束与多PW光学激光脉冲碰撞所带来的开创性科学机遇。这样的多束设施将通过产生具有前所未有的密度和温度的电子-正电子对等离子体来实现极端HEDP环境的实验探索，其中强场量子和集体等离子体效应之间的相互作用变得决定性。
2020-02-24 hep-ph physics.plasm-ph
