Strong-Field QED and High Power Lasers
Thomas Heinzl
这一贡献提出了一个基本的QED过程中存在的一个由超强激光产生的外场的概述。重点讨论了真空偏振的基本强度效应及其观测前景。在适当的地方添加了一些历史性的评论。
This contribution presents an overview of fundamental QED processes in the presence of an external field produced by an ultra-intense laser. The discussion focusses on the basic intensity effects on vacuum polarisation and the prospects for their observation. Some historical remarks are added where appropriate.
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。
继续探索
Exploring the QED vacuum with laser interferometers
它表明，非线性的，但尚未观察到的，QED效应的应用程序的强磁场减慢光可以观察到与大型激光干涉仪，如LIGO或GEO600。
Laser spectroscopy of simple atoms and precision tests of bound state QED
本文简要介绍了束缚态QED的精确测试方法，并着重介绍了激光光谱学作为这些测试的合适工具。我们特别考虑不同的精度测试的束缚态QED理论的基础上的光学跃迁的激光光谱在氢，μ和正电子素和相关的实验。
Laser intensity effects in noncommutative QED
我们讨论了QED的双重扩展，假设存在由超强激光提供的强外场和时空的非对易性。虽然非对易效应使电子的强度引起的质量移动保持不变，但光子的性质发生了显着变化：它们获得了不再像光的准动量。我们研究的后果，这种结合的非对易强场效应的基本轻子光子相互作用。
QED and Lasers: A Tutorial
这是一篇关于高强度QED的简短教程演讲的文章，视频在英国卢瑟福-阿普尔顿实验室的中央激光设施的2021年圣诞年会上发表。前半部分包括一个主要的历史介绍（量子）电动力学集中在几个关键概念。然后，将这一成熟的理论与高强度激光存在时的强场概括进行比较。增加了一些补充材料和相当数量的参考资料。
LUXE: A new experiment to study non-perturbative QED in electron-laser and photon-laser collisions
LUXE（Laser Und XFEL Experiment）是德国汉堡DESY计划中的一项新实验，使用的是欧洲XFEL的电子束。LUXE的目的是研究高强度光学激光与来自XFEL电子束的16.5 GeV电子之间的碰撞，以及光学激光与高能次级光子之间的碰撞。LUXE的物理目标是强场前沿的量子电动力学（QED）过程，其中激光的电磁场高于Schwinger极限。在这种情况下，量子电动力学是非微扰的。这表现在QED真空中产生的物理电子-正电子对，类似于黑洞中的霍金辐射。LUXE计划在前所未有的激光强度范围内测量正电子产生率。LUXE实验装置和它的挑战的概述将被给出，然后通过在非微扰制度的测试QED的背景下，预期的物理范围的讨论。
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。
Polarization of a probe laser beam due to nonlinear QED effects
非线性QED相互作用在给定的探测光束上产生不同的偏振特性。在激光实验中，当激光束通过恒定磁场或与另一束激光碰撞时，考虑了光子-光子相互作用引起的偏振效应。我们解决了量子玻尔兹曼方程的欧拉-海森堡拉格朗日框架内的时间依赖性和恒定的背景场，探索的斯托克斯参数Q，U和V描述偏振的时间演化。假设探测光束为初始线偏振，我们还计算了偏振面的诱导椭圆率和旋转。
First-order strong-field QED processes in a tightly focused laser beam
在[Phys. Rev. Lett. \textbf{117}，213201（2016）]，我们已经确定了由相对于紧密聚焦的激光束反向传播的高能光子通过非线性Breit-Wheeler对产生产生的正电子的角分辨和总能谱。在这里，我们首先推广的结果[物理。\textbf{117}，213201（2016）]通过包括入射光子相对于激光场不完全反向传播的可能性。作为本文的主要工作，我们确定了电子与强聚焦激光束的非线性Compton散射过程的光子角分辨能谱和总能谱。解析积分表达式得到的假设下，入射电子的能量是最大的动力学能量的问题，电子最初几乎是相对于激光场的反向传播。本文还阐明了紧聚焦激光束中这两个过程之间的交叉对称关系。
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。
The locally monochromatic approximation to QED in intense laser fields
我们导出了强背景场中QED效应的一个近似，它可以用来改进激光-粒子碰撞的数值模拟。将激光视为任意强度的平面波，我们将波分为快（载波）和慢（包络）模式。我们解决的相互作用动力学完全为前者，而在后者进行局部扩展。这就产生了一个“局部单色”近似（LMA），我们比较精确的光谱非线性康普顿散射和非线性Breit-Wheeler对生产，现实的激光脉冲持续时间。我们表明，作为常用的“局部恒定场”近似的改进，LMA准确地再现了正确的低能量行为的粒子谱，以及谐波特征的位置和幅度。
Electron spin- and photon polarization-resolved probabilities of strong-field QED processes
推导了在超强激光场中高能光子发射和电子-正电子对产生的全偏振分辨几率。量子电动力学蒙特卡罗程序和量子电动力学单元程序的主要目的是研究超强激光-等离子体和激光-电子束相互作用中的非线性量子电动力学过程的极化效应，以及在超强外场中的其他非线性量子电动力学过程，其涉及光子发射和对产生的多个基本过程。Baier和Katkov引入的量子算符方法用于准经典方法和局域常数场近似中的概率计算。超相对论性制度的概率给出了一个紧凑的形式，并适合于描述在强激光场的任意配置的偏振效应，使他们非常适合于应用。
Simulations of laser-driven strong-field QED with Ptarmigan: Resolving wavelength-scale interference and $γ$-ray polarization
本文利用Ptarmigan程序在局域单色近似下模拟过渡区强场QED过程，并验证其对线偏振激光和任意偏振γ射线的模拟精度达到百分之几。
Resummation of background-collinear corrections in strong field QED
激光背景中的散射过程退化为与激光共线的不可观测光子的发射。我们确定的过程和观测量，这种退化因式分解和指数，获得领先的顺序强度依赖于这些包容性的观测量在高激光强度，正确的精细结构常数（所有循环，所有排放）的所有订单。结果表明，指数强度依赖性不同于Narozhny-Ritus猜想预测的强场量子电动力学的高强度行为。
Finite beaming effect on QED cascades
本文开发能量与角度分辨的粒子追踪程序，研究相向圆偏振激光驱动的QED级联，证明有限集束会累积并显著降低长时级联的正负电子对产额。
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。
Testing nonlinear-QED at the future linear collider with an intense laser
未来的直线对撞机将在高达1 TeV的高能量下碰撞密集的$e^+e^-$聚束，在相互作用点（IP）产生非常强烈的电磁场。这些领域是强大的，足以导致影响所有IP过程的非线性效应，这是描述强场物理理论。为了测试这一理论，我们提出了一个实验，将集中在LC电子束IP后的强激光。在SLAC E144进行的类似实验研究了非线性康普顿散射，使用46.6 GeV的电子束产生Breit-Wheeler对。在未来的LC中，更高的光束能量将允许对这些现象进行更精确的研究。还可以研究质量位移和自旋相关效应。
Photon-photon interaction in structured QED vacuum
在空间结构的强激光场中，量子电动力学真空表现为具有三阶调制极化率的非线性克尔介质，由于调制而产生新的相干非线性效应。研究了探测激光束与平行聚焦激光束散射过程中，光子-光子相互作用过程中的空间相干真空效应对真空极化和磁化的增强作用。本文研究了结构QED真空中的弹性和非弹性四波混频过程。分析了光子-光子散射的相位匹配条件和布拉格光栅的相干效应。
Detectable Optical Signatures of QED Vacuum Nonlinearities using High-Intensity Laser Fields
量子电动力学（QED）是迄今为止经过最精确检验的量子场论。然而，特别是在高强度的制度，它预测到目前为止还没有直接在全光学实验，如光子光子散射现象引起的量子真空波动的各种现象。在这里，我们专注于在高强度的电磁场制度的量子真空效应的全光学签名。我们提出了一个实验装置产生的信号光子可区分的背景。这种配置是基于两个光脉冲petawatt激光器：一个产生一个狭窄的，但高强度的散射中心，由另一个探测。我们计算的信号光子的微分数，可与此字段配置解析，并将其与驱动激光束的背景进行比较。
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。
Effect of laser polarization on QED cascading
用三维PIC-MC程序数值模拟了圆极化和线极化电磁波驻波场中的QED级联发展。它表明，对于相同的激光能量，在圆偏振场中产生的粒子的数量大于在线偏振场，虽然在后一种情况下，每个粒子的获取平均能量更大。激光辅助QED级联的定性模型进行了扩展，包括场的偏振效应。事实证明，级联动力学在线性极化场的情况下明显更加复杂，其中分离成性质不同的“电”和“磁”区域（其中电场强于磁场，反之亦然）变得至关重要。在“电”区，加速被抑制，而且高能电子甚至被光子发射冷却。“电”和“磁”区域的体积随时间周期性地演变，级联增长率也是如此。与线极化相反，即使在“磁”区，圆极化波也能加速带电粒子。对于圆极化，“电”区和“磁”区不随时间演化，级联增长率几乎不依赖于时间。
Laser-assisted Light-by-Light Scattering in Born-Infeld and Axion-like Particle Theories
本文提出在光子束与强激光脉冲碰撞中研究低能光-光散射，结合完整 QED 螺旋度振幅与 Born-Infeld 及类轴子粒子理论振幅计算总截面，并给出未来实验对新物理参数的探测灵敏度。
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。
On refractive processes in strong laser field quantum electrodynamics
强场QED中的折射过程是纯量子过程，只涉及到外部光子和背景电磁场。我们分析表明，这样的过程发生在一个平面波场，并涉及外部的真实光子的特点都是一个令人惊讶的温和的净交换的能量和动量与激光场，对应于几个激光光子，即使在极限的超相对论激光强度。我们通过直接计算任意折射QED过程的跃迁矩阵元并精确地考虑背景平面波场得到了这个结果。基于激光场仅通过虚电子-正电子对间接与外部光子耦合的事实，对激光光子的这种适度的净交换提供了一个简单的物理解释。对于越来越强的激光场，这些对在再次湮灭之前覆盖的距离越来越短，使得激光可以向它们传递仅对应于几个光子的能量。这些结果可以为未来的实验，旨在测试强场QED在目前和下一代设备。
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。
Extreme field physics and QED
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。
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。
QED cascades induced by circularly polarized laser fields
本文给出了超高强度圆极化场中慢电子引发的电子-正电子-光子级联的蒙特卡罗模拟结果，并对结果进行了讨论。我们的结果证实了先前的定性估计[A.M. Fedotov等人，PRL 105，080402（2010）]瀑布的形成。这种级联现象揭示了光场对电子和正电子的加速所导致的能量和动力学量子参数恢复的新性质，并可能成为超高强度激光与物质相互作用的主要特征。我们的方法包括辐射摩擦作用于单个电子和正电子。
Analytical tools for investigating strong-field QED processes in tightly focused laser fields
本文件是自然延续的信[物理学。\textbf{113}，040402（2014）]，其中在存在一般时空结构的背景电磁场的情况下，电子波函数已经被解析地构造，假设电子的初始能量是问题中的最大动态能量尺度，并且考虑到背景紧密聚焦激光束的情况。在这里，我们在相同的近似下确定标量和旋量传播子，这是计算的有用工具，例如，在这种复杂的电磁场中发生过程的总概率。此外，我们还提出了一个更简单和更普遍的电子波函数的表达式，发现在[Phys.Rev.Lett. \textbf{113}，040402（2014）]，并且我们指出了从平面波场中的公知Volkov波函数开始获得它们的替换规则。
MP3 White Paper 2021 -- Research Opportunities Enabled by Co-locating Multi-Petawatt Lasers with Dense Ultra-Relativistic Electron Beams
新的涌现现象预计会发生在超过QED临界电场的条件下，真空变得不稳定，电子-正电子对生产。达到这种状态所需的强度，$\sim10^{29}\,\mathrm{Wcm^{-2}}$，即使是现在正在计划/建造的最强的激光器，如果没有与超相对论粒子相互作用提供的相当大的洛伦兹增强，也无法实现。种子激光-激光碰撞可以在低至$\sim10^{24}\,\mathrm{Wcm^{-2}}$的激光强度下进入这种强场QED机制。反向传播的电子束-激光相互作用在更低的强度（$\sim10\,\mathrm{GeV}$的$\sim10^{20}\,\mathrm{Wcm^{-2}}$）下超过了QED临界场。新的涌现现象预计将发生在“QED等离子体制度”，强场量子和集体等离子体效应发挥了彼此。在这里，电子束密度成为决定性因素。因此，挑战不仅仅是超越QED临界场，而是要用高质量、接近固体密度的电子束来做到这一点。尽管激光尾波场加速器（LWFA）代表了一个非常有前途的研究领域，但传统的加速器仍然在能量$\gtrsim10\,\mathrm{GeV}$下提供数量级更高的电荷密度。因此，将极密集和高能的电子束与多拍瓦激光系统放在一起，将为高场物理学和实验室天体物理学提供开创性的研究机会。本白皮书阐述了结合多PW光学激光器、高能量/密度电子束和高强度X射线的多束能力的潜在科学影响，并概述了如何通过将3-10 PW激…
From linear to nonlinear Breit-Wheeler pair production in laser-solid interactions
本文在 YUNIC 代码中实现线性 Breit-Wheeler 过程，并通过二维 QED-PIC 模拟揭示激光-固体相互作用中线性到非线性对产生的转变阈值约为 a_0~400-500。
Loops and polarization in strong-field QED
在以前的论文中，我们展示了如何在长激光脉冲高阶强场QED过程可以近似乘序列的“强场Mueller矩阵”。我们得到的表达式是有效的任意场的形状和偏振。在本文中，我们推导出实用的近似这些穆勒矩阵在本地常数和本地单色场制度。我们允许任意激光偏振以及任意偏振的初始和最终粒子。自旋和极化也可以由于回路贡献（电子的质量算符和光子的极化算符）而改变。我们也推导出这些的Mueller矩阵。
Precision tests of QED and non-standard models by searching photon-photon scattering in vacuum with high power lasers
我们研究了如何在目前的几拍瓦激光装置如HERCULES中寻找真空中的光子-光子散射，并测试量子电动力学和非标准模型如Born-Infeld理论或涉及微荷电粒子或类轴子玻色子的场景。首先，我们计算了在任意偏振情况下，超强激光束与低功率光束相交时产生的相移。然后使用该结果来设计对低能量有效光子拉格朗日量中出现的所有参数的完整测试。事实上，我们提出了一组实验，可以在大力神，最终允许检测光子-光子散射由于新的物理，或设置新的限制的相关参数，提高了几个数量级的PVLAS合作最近获得的当前约束。我们还描述了一个多交叉的光学机制，可以进一步提高灵敏度，使大力神探测光子-光子散射，即使在一个小的速率，如QED预测。最后，我们讨论了如何在未来的艾瓦设施，如ELI，这些结果可以得到改善，从而提供了一个新的类别的精度测试的标准模型和超越。
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。
Exploring high-intensity QED at ELI
我们给出了一个非技术性的QED效应的存在下产生的超强电磁场突出的ELI激光设施的实现所提供的新前景的概述。
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。
Strong field QED in lepton colliders and electron/laser interactions
综述了电子/激光相互作用中强场粒子物理过程和轻子对撞机相互作用点的研究。这些过程由所涉及的高强度电磁场以及尽可能充分考虑它们的需要来定义。所考虑的主要理论框架是毛茸茸的图片。在这个框架中，背景电磁场的影响，在拉格朗日计算非微扰，涉及量子化带电粒子在背景场的精确解。这些“穿戴”的粒子继续与其他粒子微扰地相互作用。背景场开始使真空极化，实际上使真空成为色散介质。遇到这种色散真空的粒子获得寿命，以取决于背景场强度的速率辐射或衰变成粒子对。实际上，背景场的强度进入了强场QED拉氏量的耦合常数，影响着所有的粒子过程。出现了一些新的现象。粒子获得强度依赖的静止质量偏移，占他们的存在，在色散真空。涉及多个外场光子的多光子事件发生在每个顶点。交换虚强场粒子的高阶过程通过不稳定强场态的寿命共振。强场物理的两个主要领域进行了审查：发生在相对论电子与强激光束的相互作用，以及发生在碰撞机的相互作用点的光束物理。这篇评论概述了理论，描述了其显着的新现象，并详细介绍了检测强场效应所需的实验方案和模拟它们所需的程序。
Summary of strong-field QED Workshop
2018年8月，在汉堡DESY举行了一个名为“探测电子-光子相互作用中的强场QED”的研讨会，聚集了来自世界各地的物理学专家以及支持任何计划实验的加速器，激光和探测器技术。研讨会的目的是汇集专家和那些有兴趣在强场和以上的Schwinger临界场测量量子电动力学的存在。SLAC的E144实验测量了康普顿散射中的多光子吸收和电子-光子相互作用中的$e^+e^-$对产生，但从未达到Schwinger临界场值。特别是随着激光技术的进步，人们正在考虑新的实验，这些实验应该能够测量非微扰QED及其从微扰状态的转变。该研讨会回顾了QED的物理情况和当前的理论预测，甚至在高强度电子束与来自高强度激光束的光子的强场的相互作用中超越标准模型的效应。会议审查了世界上各种电子束设施，以及产生激光束并将其传送到相互作用区域的挑战。提出了可能的设施和地点，可以举办这样的实验，以期在2020年代在实验室中实现Schwinger临界场。
From local to nonlocal: higher fidelity simulations of photon emission in intense laser pulses
强激光场中的量子电动力学（QED）过程的最新数值模拟依赖于经典运动方程和QED速率的半经典组合，其在局部恒定场近似下计算。然而，如果场的振幅$a_0$可与1相比，则后一种近似是不可靠的。此外，根据定义，它不能捕获引起谐波结构的干涉效应。在这里，我们提出了一种替代的数值方法，它解决了这两个问题相结合的周期平均运动方程和QED率计算的局部单色近似。我们证明，它显着提高了平面波、啁啾和聚焦背景场中整个光子能量和激光强度范围内光子发射模拟的准确性。
Dynamical Schwinger effect and high-intensity lasers. Realising nonperturbative QED
我们考虑了在两束强度为10^{20}-10 ^{22} W/cm ^2的反向传播光学激光束的焦点处产生真空e^+e^-对的实验验证的可能性，这是用当今的拍瓦激光器可以实现的，并且接近施温格极限：在ELI处将达到10^{29} W/cm ^2。我们的方法是基于无碰撞动力学方程的e^+和e^-分布函数的演变由一个非马尔可夫源项对生产。作为真空对产生的可能的实验信号，我们考虑e^+e^-湮灭为γ-对，以及高频探测激光束被产生的e^+e^-等离子体折射。我们讨论了动力学对产生过程对激光波长的依赖性，特别强调了在X射线领域（X-FEL）的应用，以及在高强度激光下μ^+μ^-和π^+π^-对产生的前景。我们研究了使用高强度激光器作为离子束的“助推器”的前景，其能量范围为每核子几个GeV，这是相关的，例如，在实验室实验中探索QCD相变。
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。
On-shot diagnostic of electron beam-laser pulse interaction based on stochastic quantum radiation reaction
超相对论性电子束-激光脉冲散射实验是研究QED和在很大程度上尚未探索的强场区域中新物理的可能特征的主力。然而，拍摄到拍摄的电子束和激光脉冲参数的波动，使其难以辨别的相互作用的动态。因此，对实验结果进行基准理论预测的可能性，这是验证理论模型所必需的，是非常有限的。在这里，我们表明，量子发射事件的随机性提供了一个独特的路线上拍摄诊断的电子束-激光脉冲相互作用，因此铺平了道路，为精确测量强场QED效应。
Nonlinear Breit-Wheeler pair production in a tightly focused laser beam
研究强激光场中的QED过程的唯一可用的分析框架系统地依赖于将后者近似为平面波。然而，现实的高强度激光束具有比平面波复杂得多的时空结构。在这里，我们显示了一个分析框架的可行性调查强场QED过程中的激光束的任意时空结构，通过确定的能量谱的正电子产生通过非线性Breit-Wheeler对生产作为背景场的函数，在现实的假设，入射光子的能量是最大的动力学能量的问题。角分辨正电子光谱的数值评估显示出显着的定量差异，相对于类似的结果在平面波，这样，目前的结果也将是重要的，为即将到来的强激光设施的设计，旨在测量这一过程。
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。
All-optical signatures of Strong-Field QED in the vacuum emission picture
以两束聚焦的强激光脉冲碰撞为例，研究了量子真空中电磁场之间有效非线性耦合的全光特征。量子真空非线性的实验特征被编码在信号光子中，其运动学和偏振性质不同于构成宏观激光场的光子。我们实现了一个有效的数值算法，允许在实验中访问的现实领域的配置，这样的签名的理论研究。该算法是基于真空发射方案，可以很容易地适应更多的激光束或进一步涉及的字段配置的碰撞。我们解决的情况下，两个碰撞的脉冲在全3+1维时空，并确定实验的几何形状和参数制度，提高信噪比。
Monte Carlo sampling of first-order QED processes in laser and pulsar plasmas
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。
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。
Laser induced Compton Scattering to Dark Photon or Axion-like Particle
本文提出利用强激光场中的非线性康普顿散射产生暗光子或类轴子粒子，为轻于1 MeV的不可见新粒子提供互补且具竞争力的探测方案。
Parametric study of the polarization dependence of nonlinear Breit-Wheeler pair creation process using two laser pulses
本文对双激光脉冲与超相对论电子束相互作用进行参数研究，优化脉冲以产生高能光子并生成电子-正电子对，验证强场QED框架中的自旋/偏振依赖性。
From theory to precision modelling of strong-field QED in the transition regime
从传统加速器以高重复率传输的高能电子束与超强激光的结合，使得对强场QED进行精确测量成为可能。LUXE合作的目的是在从微扰到非微扰的过渡中对非线性康普顿散射和Breit-Wheeler对的产生进行精确测量。在这里，我们提出了一个强场QED过程，这是需要达到所需的精度为百分之几的强度参数$0.1 < ξ< 10$建模的最新发展的概述。我们讨论了如何从平面波QED结果的数值模拟和目前的预测信号和误差估计。
Exact final state integrals for strong field QED
本文介绍了在强平面波激光脉冲中的非线性康普顿散射过程的所有最终状态变量的精确的，解析的积分，改进了以前缓慢和具有挑战性的数值方法。计算简单和有见地的公式推导出的总散射概率和平均能量动量的发射辐射。有效质量的一般形式是明确的。我们考虑了几种极限情况，并提出了一个量子修正拉莫尔的公式。给出了数值结果并进行了详细的分析。
Probing vacuum birefringence by phase-contrast Fourier imaging under fields of high-intensity lasers
在真空中，高强度激光可以通过虚真空偏振过程引起光子-光子相互作用，虚真空偏振可以通过光子在强场中的相速度移动来测量。在光频域中，光子-光子相互作用是由欧拉-海森堡有效作用量描述的偏振介导的。该理论预言了量子电动力学（QED）中由非线性性质引起的相速度移动的真空双折射或偏振依赖性。提出了一种利用相衬傅里叶成像的绝对相速度位移测量强激光场作用下真空双折射的方法。该方法可以用于观察甚至超出QED真空极化的效应。
Revealing signals of higher-order nonlinear showers in particle-laser collisions
本文研究高功率激光与粒子碰撞中的高阶非线性簇射，提出利用出射粒子谱的不对称性作为高阶QED过程的信号，以检验现有计算框架的准确性。
Volkov States and Non-linear Compton Scattering in Short and Intense Laser Pulses
超相对论电子束与强激光脉冲的碰撞使得在高强度区域研究QED成为可能。目前的高强度激光器大多以几十飞秒的短脉冲持续时间（即，仅几个光学周期）操作。对短脉冲效应的深刻理论理解不仅对于研究高强度激光物质相互作用的基本方面非常重要，而且对于作为新型X射线和γ射线辐射源的应用也很重要。在这篇文章中，我们简要概述了高强度QED的理论，重点是由于短脉冲持续时间的影响。讨论了非线性康普顿散射中由于脉冲宽度较短而引起的非线性光谱展宽及其补偿。
Pair production and optical lasers
利用无参数量子动力学方程研究了驻波中正负电子对的产生。与现代光学激光器相对应的场强和频率引起QED真空的材料极化，其特征可以是密度为~10^{20}cm^{-3}的e^+ e^-准粒子对等离子体。当激光场为零时，等离子体几乎完全消失，只留下很小的残余对密度nr，这是真空衰变的真实表现。每个周期的平均电子对密度与激光强度成正比，但与频率ν无关。剩余电子对的密度也随激光强度的增加而增加，但n_r \propto ν ^2不随激光强度的增加而增加。随着光学激光器在当前一代的最前沿，这些动态QED真空效应可以产生5-10个可观察到的双光子湮灭事件每个激光脉冲。
Trident pair production in strong laser pulses
计算了强激光背景下三叉戟对产生的振幅。我们允许有限的脉冲宽度，同时仍然处理强场QED中的激光场非微扰。我们的方法明确地揭示了一步和两步过程的个人贡献。我们还揭示了规范不变性在振幅中所起的作用，并讨论了我们的结果与光学定理之间的关系。
Power-enhanced leading-logarithmic QED corrections to $B_q \to μ^+μ^-$
本文在软共线有效理论框架下系统地研究了先前发现的对轻子衰变$B_q\to μ^+μ^-$（$q = d, s$）的功率增强QED修正。利用SCET $_\text{I}$和SCET $_\text{II}$的两步匹配，以及相应的重整化群方程，我们对半轻子弱有效算符$\sim Q_9$的矩阵元的耦合中的所有阶的前导对数QED修正和混合QED-QCD修正求和.我们提出了一个处理的$B$介子衰变常数和光锥分布振幅的存在下，特定过程的QED修正。最后，我们包括超软光子辐射，并提供更新的值的非辐射和辐射分支分数的$B_q \to μ^+μ^-$衰变，包括双对数QED和QCD校正。
Strong laser fields as a probe for fundamental physics
即将到来的高强度激光系统将能够探测电动力学的量子诱导非线性区域。到目前为止，尚未观测到的QED现象，如发现量子真空对宏观电磁场的非线性响应，可以变得容易理解。此外，这种激光系统为研究基础物理提供了灵活的工具。主要目标是验证迄今为止未观察到的QED现象。此外，强场实验可以寻找新的光，但弱相互作用的自由度，因此补充加速器驱动的实验。我回顾了这一领域的最新进展，重点是强电磁场中的光子实验。粒子物理学候选者与光子和外部场的相互作用可以通过低能有效作用来参数化，并且通常预测特征光学特征。我执行第一次估计的可访问的新物理参数空间的高强度激光设施，如POLARIS和ELI。
Two-photon Compton process in pulsed intense laser fields
基于Furry图像中的强场QED，利用Dirac-Volkov传播子导出了脉冲强激光场中双光子Compton过程的微分发射几率的一个简洁表达式。讨论了实中间态和虚中间态之间的关系，强调了有限激光脉冲对壳层贡献的自然正则化。包容性的双光子光谱是两个数量级强于预期的微扰估计。
Power corrections and gradient expansion in QED transport theory
QED的硬热圈（HTL）有效场论可以从输运理论的经典极限导出，对应于量子方法的梯度展开中的主导项。在本文中，我们表明，功率校正HTL有效拉格朗日QED也可以从输运理论，包括在这样的梯度展开的高阶。梯度扩展是越来越红外（IR）发散，但我们计算的校正是IR有限的。我们采用尺寸正规化，并表明，这一结果是在真空和介质之间的贡献的分歧取消。虽然运输框架是一个有效场论的长距离物理的等离子体，我们表明，它正确地再现了正确的QED紫外发散与光子波函数重整化。
Power corrections to the HTL effective Lagrangian of QED
本文给出了在$d$空间中QED的硬热圈（HTL）拉格朗日量的功率修正的紧致表达式。这些是$(L/T)^2$阶修正，对动量$L \ll T$有效，其中$T$是温度。在极限$d\to 3$，我们实现了一致的正则化的红外和紫外发散，这方面的规范对称性的理论。维数正则化也使我们能够看到红外发散的微妙抵消。我们还讨论了如何在存在化学势的情况下推广我们的结果，以便获得对硬稠密环（HDL）拉格朗日函数的幂修正。
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