High-energy-density electron-positron pair plasma production and its dynamics in the relativistic transparency regime
采用粒子模拟方法研究了两束反向传播的激光脉冲作用下薄金属箔中高能量密度电子-正电子对等离子体的产生及其动力学过程。我们比较了相对论透明和不透明区域中量子电动力学过程中电子-正电子对和γ-光子的产生，发现目标透明度可以由于形成稳定的驻波（SW）而显着增强电子-正电子对的产生。当激光强度达到几个10 e ~（23）W/cm ~ 2时，为了提高电子-正电子对的产生，薄膜的最佳密度为200 - 280 n_c（n_c为激光临界密度）。在这样的箔密度下，激光能量转换成电子-正电子对比在710n_c的箔密度下高大约四倍，而激光能量转换成伽马光子保持几乎相同。因此，产生了最大强度高于10 e20 W/cm 2的高密度电子-正电子等离子体。进一步观察到的调制动力学产生的对等离子体时，目标箔变得透明。结果表明，由两束对向传播的激光直接形成的稳定慢波不仅能将产生的正负电子对捕获到它们的节点上，而且能周期性地调制被捕获粒子的平均能量、相空间和角分布。然而，由于缺乏稳定的SW场，类似的捕获和调制效应在不透明区域变得模糊。
2017-06-22 physics.plasm-ph
Positron Acceleration in an Elongated Bubble Regime
提出了一种在非线性等离子体尾场加速器中加速正电子的新概念。通过加载尾流场（等离子体气泡的背面）与短的电子束，在第一个气泡之后创建了过量等离子体电子积累的扩展区域，从而产生了有利的区域，同时具有正电子的聚焦和加速场。通过广泛的参数扫描，获得了优化加载参数的比例律。由于聚焦场的良好质量，在这种新的制度下，可以实现正电子加速与发射度保存，它已被证明在三维粒子模拟。
2021-10-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiation-dominated injection of positrons generated by the nonlinear Breit-Wheeler process into a plasma channel
本研究探讨通过非线性Breit-Wheeler过程在多PW激光与GeV电子束正交碰撞中产生正电子，并利用辐射反作用力实现其在等离子体通道中的注入与加速，为未来紧凑型对撞机提供新方案。
2023-09-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Kinetics of Photon Radiation off an e-e+ Plasma created from the Vacuum in a Strong Laser Field
本文研究了在强亚临界激光场中由真空产生的电子-正电子准粒子等离子体（EPP）中的单光子湮灭机制。动力学理论的基础上，我们表明，二次光子的辐射光谱成比例的1/k（闪烁噪声）。这种效应对于光谱中的EPP激发是非常小的，但是在伽马射线区域中可以达到相当可观察的值。
2010-06-06 hep-ph physics.plasm-ph
Electron dynamics, gamma and electron-positron production by colliding laser pulses
研究了两束聚焦碰撞的超强激光脉冲辐照下电子束团的动力学过程及其产生的γ和正负电子。由于碰撞脉冲产生的驻波中的电子动力学的吸引子，光子发射和对的产生通常在线性偏振脉冲下比在圆偏振脉冲下更有效。的激光强度和波长的关键参数的依赖关系，允许确定级联发展和伽马-电子-正电子等离子体创建的条件。
2015-11-16 physics.plasm-ph
Creation and direct laser acceleration of positrons in a single stage
相对论性正电子束是非线性强场QED、等离子体物理和实验室天体物理等基础研究所必需的。正电子由于其短寿命而难以产生和操纵，并且其能量增益受到常规设施中加速器尺寸的限制。等离子体中的替代紧凑型加速器概念对于电子来说变得越来越成熟，但正电子的产生和加速仍然是一个突出的挑战。在这里，我们提出了一个新的设置，我们可以产生，注入和加速他们在一个单一的阶段，在一个强激光在等离子体通道的传播。正电子是由90度的激光-电子碰撞产生的，其中通过800 nC的电子束加载使得注入和引导成为可能，该电子束加载反转背景静电场的符号。我们获得了一个20 fC的正电子束，与GeV级的中心能量在0.5毫米的等离子体。
2023-01-18 physics.plasm-ph
Photon cluster excitation mechanism in an e-e+ plasma created from vacuum by a strong electromagnetic field
在非微扰动力学理论的低密度近似下，研究了电子-正电子等离子体（EPP）在外加单色“激光”电场作用下的真空产生，重点研究了多光子过程.我们详细分析了EPP激发的光子团簇机制的作用，并表明，这种机制起着主导作用的情况下，当一个大的光子数从外场水库参加的能隙的击穿。我们得到了这种近似下的分布函数，并讨论了它的性质。
2012-12-15 hep-ph physics.plasm-ph
Injection of Positrons into a Dense Electron Cloud in a Magnetic Dipole Trap
在偶极磁阱中电子空间电荷的产生和随后正电子的注入已经在实验中得到证实。正电子（5eV）从其源被磁性引导，并使用交叉场E $\times$ B漂移被注入到由永磁体（在磁极处为0.6T）产生的捕获场中，这需要定制的静电场和磁场。电子云是由钨丝的电子发射产生的。电子云的最大空间电荷电势达到-42 V，这与（$4 \pm 2$）$\times 10^{12}$ $\text{m}^{-3}$的平均电子密度和（$2 \pm 1$）$\text{cm}$的德拜长度一致。我们证明，这种空间电位的存在并不妨碍有效的正电子注入。了解负空间电荷对正电子的注入和约束的影响是产生约束电子-正电子对等离子体的重要中间步骤。
2021-03-19 physics.plasm-ph
Dynamics of positrons during relativistic electron runaway
等离子体中足够强的电场可以将带电粒子加速到相对论能量。在本文中，我们描述了在这种电场中加速的正电子的动力学，并计算了产生的正电子中加速逃逸的部分，以及它们发射的辐射量。我们推导出一个分析公式，表明不同的正电子生产过程的相对重要性，并表明，在一定的阈值电场以上的对生产的光子是低于碰撞。此外，我们提出的正电子动力学方程的解析解和数值解，这些被应用到计算的正电子，成为加速或热化，进入速率方程，描述的缓慢和快速的正电子种群的密度的演变的分数。最后，为了表明正电子探测在托卡马克放电逃逸过程中所需的操作参数，我们给出了检测到的湮灭辐射的参数依赖关系的表达式相比，检测到的轫致辐射在一个角度垂直于逃逸加速度的方向。使用完整的领先秩序对生产截面，我们证明，以前的相关工作高估了碰撞对生产至少四个因素。
2018-07-12 physics.plasm-ph
Self-consistent model of the electron-positron pair production in the collision of laser pulses
由于Schwinger机制的对生产建模在一个自洽的方法，考虑到所创建的粒子在现场的反作用。该模型使用的电子和正电子的玻尔兹曼动力学方程和电磁场的麦克斯韦方程组，这是在一定的近似数值求解的情况下，线偏振平面波碰撞。结果表明，碰撞过程的三个主要阶段：粒子的加速，粒子的减速和等离子体振荡。得到了描述振荡的线性方程，振荡频率与等离子体最小阻尼准正规模的频率有关。它还表明，振荡频率是等离子体频率的顺序。
2011-03-08 physics.plasm-ph
Kinetic modelling of quantum effects in laser-beam interaction
本文给出了激光与光束相互作用中量子效应的动力学模型结果。在所建立的数值模型中，考虑了由硬光子产生的电子-正电子对、硬光子发射以及由所产生的带电粒子产生的电磁场。分析了相对论电子束与强激光脉冲的相互作用。结果表明，当单电子发射光子数不多时，即使在中等强度的激光脉冲中，量子效应也是重要的。研究了在强激光场中通过电磁级联产生正负电子对等离子体。模拟结果证实了强激光场在自生电子-正电子等离子体中吸收的预言。结果表明，自产生的电子-正电子等离子体是一种有效的高能γ量子源。
2011-01-23 hep-ph physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-order harmonic generation in an electron-positron-ion plasma
从高次谐波产生的角度研究了激光与电子-正电子-离子混合等离子体的相互作用。对于具有尖锐等离子体-真空界面和均匀密度分布的理想混合等离子体，当用弱相对论性激光脉冲辐照时，在谐波谱中观察到等离子体频率谐波处的清晰信号。这些特征信号归因于反向传播的单色等离子体波的逆双等离子体波衰减，该单色等离子体波由高能电子和由激光加速的正电子束激发。粒子模拟表明，信号在两倍的等离子体频率可以观察到一对密度低至$\sim 10^{-5}$的等离子体密度。在自洽的情况下，对生产的超强激光击中固体目标，粒子在细胞模拟，其中占量子电动力学效应（光子发射和对生产），表明，密集（大于相对论校正的临界密度）和热对等离子体可以创建。谐波谱显示出弱的低次谐波，表明由于量子电动力学效应而引起的高激光吸收。在等离子体频率的谐波的特征信号是不存在的，因为宽带等离子体波被激发，由于高的等离子体的不均匀性引入的相互作用。然而，由于激光与所产生的对等离子体直接耦合的高频调制，高频谐波被增强。
2020-12-15 physics.app-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
A high-intensity laser-based positron source
本文提出一种基于高能电子束与高强激光脉冲对撞的正电子源，利用多光子Compton和Breit-Wheeler过程产生低发散度正电子，其亚微米级低发射度特性对对撞机应用极具吸引力。
2023-11-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Kinetic description of vacuum $e^+ e^-$ production in strong electric fields of arbitrary polarization
本文详细分析了在空间均匀的任意极化的随时间变化的电场作用下真空中产生电子-正电子对的自洽动力学方程组。动力学理论的所有基本功能的物理意义是确定的。结果表明，整个系统的KE包括两个耦合的准粒子和自旋子系统及其运动积分。提出了一种投影方法，以获得两种特殊情况下的KE系统：线极化外电场和石墨烯中准粒子的（2+1）维描述.我们还解决了能量守恒定律考虑到内部等离子体场，并描述了另一种严格的推导KE系统。
2020-04-05 hep-ph physics.plasm-ph
Investigating the one-photon annihilation channel in an e-e+ plasma created from vacuum in strong laser fields
众所周知，在强外电磁场的存在下，许多在标准QED中被禁止的过程成为可能。一个例子是单光子湮灭过程中考虑最近由本作者在一个框架内的动力学方法的准粒子e-e+ γ等离子体从真空中产生的两个对向传播的激光束的焦点。在这些工作中，考虑了绝热性参数γ>> 1（对应于多光子过程）的大值域。在目前的工作中，我们在有效质量模型的框架内估计了光子湮灭产生的辐射强度，其中γ < 1，对应于大电场E < E_c=m^2/e和高激光场频率（下一代X射线激光器的域特征）。在这样的限制条件下，产生的效应足够大，可以通过实验观察到。
2011-01-31 hep-ph physics.plasm-ph
Interferences effects in polarized nonlinear Breit-Wheeler process
本文用超越 LCFA 的 Baier-Katkov 半经典方法研究短脉冲非线性 Breit-Wheeler 过程，揭示形成长度干涉对正电子极化和角分布的影响，并提出测定激光 CEP 的新思路。
2024-01-24 physics.plasm-ph
Phase Control of Nonlinear Breit-Wheeler Pair Creation
研究通过激光脉冲与其二次谐波间的相位偏移，控制非线性 Breit-Wheeler 过程中产生的正负电子的相对横向运动，实现电子与正电子的反向漂移与空间分离，为正电子的后续分离与检测提供新途径。
2023-10-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Vacuum polarization and plasma oscillations
我们证明了在E < Ec的均匀电场中真空极化产生的电子-正电子对的等离子体振荡的存在。我们的一般处理，也包括传统的，充分研究的情况下，E > Ec，表明存在于这两种情况下的最大洛伦兹因子获得的电子和正电子，并允许确定的最大长度的振荡。我们定量地估计等离子体振荡如何降低对创建的速率，并增加对生产的时间尺度。这些结果是特别相关的，鉴于在接近场强E < Ec的实验进展。
2007-06-29 astro-ph physics.plasm-ph
Identifying the electron-positron cascade regimes in high-intensity laser-matter interactions
强场量子电动力学预言当种子电子的静止坐标系中的电场接近索特-施温格场时，电子-种子电子-正电子对级联，即$η= E_{RF}/E_S \sim 1$。下一代多PW激光器焦点中的电子有望达到这一阈值。我们确定了三个不同的级联制度的相互作用的反传播，圆偏振激光脉冲与薄箔通过执行全面扫描的激光强度（从$10^{23}$ - $5\times10^{24}$ \ Wcm $^{-2}$）和初始箔目标密度（从$10^{26}$ - $10^{31}$ \ m $^{-3}$）。对于低密度和低强度，电子对的数量呈指数增长。如果强度和目标密度足够高，则所产生的对的数密度达到相对论校正的临界密度，对等离子体有效地吸收激光能量（通过辐射反应）并且级联饱和。如果初始密度太高，使得初始目标过密，则级联被趋肤效应抑制。我们推导出一个半解析模型，该模型预测，密集对等离子体的地方性特征，这些相互作用的强度以上$10^{24}$ Wcm $^{-2}$提供的目标的相对论趋肤深度是长于激光波长。此外，它表明，对生产最大化在近临界密度的目标，提供了一个指导，为近期的实验。
2018-10-09 physics.plasm-ph
Electron-positron pair production in the collision of real photon beams with wide energy distributions
在两个真实光子碰撞中产生电子-正电子对，即线性Breit-Wheeler过程，自1934年预测以来从未在实验室中直接检测到，尽管它在量子电动力学和天体物理学中具有根本的重要性。在过去的几年里，已经提出了几个实验装置来观察这个过程在实验室中，依赖于热辐射，韧致辐射，线性或多光子逆康普顿散射光子源由激光器或轻子对撞机与激光器耦合的装置。在这些命题中，光子的能量分布对产生的对的总数的影响已被考虑到与分析模型，只有其中两种情况。此后，我们开发了一个通用的和原始的，半解析模型来估计的光子能量分布的两个这样的光子束的碰撞产生的对的总数的影响，并给出了一些建议的实验配置的最佳能量参数。我们的研究结果表明，生产的最佳韧致辐射和线性逆康普顿源，只有从能量分布的考虑，已经达到在今天的设施。尽管LBW对产生的能量分布特征不太有趣，但通过激光在微通道中传播的多光子逆康普顿散射产生的光子源也可能是有趣的，这要归功于这种配置最终可以达到的高碰撞光度。这些结果为首次在实验室中检测线性Breit-Wheeler产生的正电子的实验设计提供了重要的见解。
2021-03-16 physics.plasm-ph
Analysis of the Third Harmonic of a Vacuum Response in a Subcritical Laser Field
本文采用 BBGKY 动理学理论非微扰分析强激光场中电子-正电子等离子体的三次谐波辐射，比较湮灭通道量子辐射与等离子体振荡半经典辐射，发现大绝热参数高频区量子辐射占优。
2024-06-10 hep-ph hep-th physics.plasm-ph
Detecting Linear Breit-Wheeler Signals with a Laser-Foil Setup
针对线性Breit-Wheeler对产生过程尚未经真实光子实验验证的问题，提出10 PW级激光辐照薄膜靶的探测方案，通过正电子能谱高能尾的靶厚不变性区分LBW与BH信号，且在BH产额更高时仍有效。
2025-01-12 physics.plasm-ph
Self-consistent kinetic equations for $e^-e^+γ$-plasma generated from vacuum by strong electric field
对真空中反向传播激光脉冲焦斑中产生的电子-正电子-光子（$e^-e^+γ$）等离子体进行了自洽动力学描述。我们依赖于一个模型的纯时间依赖的外部电场，但适当地考虑量子辐射等离子体，以及半经典的内部（等离子体）字段。为了实现这一目标，我们推导出一个系统的耦合动力学方程的电子，正电子和光子等离子体物种补充麦克斯韦方程的内部电场。量子辐射系统地考虑到对创建/湮灭和辐射通道的BBGKY链在准粒子表示，我们截断在二阶微扰理论。我们的研究结果的一个重要应用将是一致的考虑光子发射和级联生产超出局部恒定场近似，包括耗尽的驱动激光场和级联饱和由于热化的可能情况。
2019-01-08 physics.plasm-ph
Anomalous pinch in electron-electron beam collision
本研究揭示超相对论电子-正电子束碰撞中，强场量子电动力学产生的电子-正电子对屏蔽自场并反转洛伦兹力，引发反常箍缩，增强密度压缩、碰撞亮度及磁场和量子参数。
2025-08-04 hep-ex physics.acc-ph physics.comp-ph
Quantum Monte Carlo Simulations for predicting electron-positron pair production via the linear Breit-Wheeler process
Instituto Superior Tecnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等理工学院）；National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出利用量子蒙特卡洛模拟预测电子-正电子对产生，展示其在高能物理中的高精度应用及与经典模拟的整合路径。
2026-01-07 physics.plasm-ph quant-ph
QED cascade induced by high energy $γ$ photon in strong laser field
研究了两束反向传输激光诱导的量子电动力学级联。证明了种子光子产生粒子对的几率远大于种子电子产生粒子对的几率.通过分析种子光子产生的电子和正电子的动力学特性，发现种子光子产生的粒子比种子电子产生的粒子更有可能发射光子.进一步，我们还证明了在相同的入射能量和相同的激光条件下，种子光子比种子电子更容易触发量子电动力学级联。
2013-12-09 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Phase control of Schwinger pair production by colliding laser pulses
研究了两个具有相对相移$Ψ$的e偏振激光脉冲在强电磁场作用下碰撞产生的Schwinger正负电子对。所产生的对的时空分布对这种相移和脉冲的偏振非常敏感。我们详细研究了这种依赖性，并演示了如何可以解释的基本不变的字段结构的对向传播的聚焦脉冲。
2018-06-19 hep-th physics.plasm-ph
