Generation of GeV positron and γ-photon beams with controllable angular momentum by intense lasers
尽管已经提出了几种基于激光等离子体的方法来产生高能电子、正电子和γ光子,但对其微结构的操纵仍然具有挑战性,并且尚未实现其角动量控制。本文提出并数值模拟了一种在近临界密度等离子体中利用两束反向传播的圆偏振激光产生GeV γ光子和正电子的全光学方案。等离子体充当“开关介质”,其中被捕获的电子首先从驱动激光脉冲获得角动量,然后通过非线性康普顿散射将其转移到γ光子。进一步通过多光子Breit-Wheeler过程,可以有效地产生高密度的高能正电子束,其角动量可以很好地由激光-等离子体相互作用控制。这为产生具有理想角动量的超亮GeV γ光子和正电子束提供了一种有希望和可行的方法,可用于广泛的科学研究和应用。
2018-05-28 physics.plasm-ph
Polarized positron beams via intense two-color laser pulses
对超相对论电子束与双色拍瓦激光脉冲相互作用过程中超相对论极化正电子的产生进行了理论研究。我们的蒙特卡罗模拟基于半经典模型,结合光子发射和对生产,使用自旋分辨量子概率在本地恒定场近似,并描述了极化的电子和正电子的对生产和光子发射过程,以及经典的自旋进动之间。结果表明,强外场中电子对产生过程的自旋不对称性和双色光场的不对称性是导致极化的主要原因。采用一个可行的情况下,我们表明,高度偏振的正电子束,具有$ζ\approx 60\%$的偏振度,可以产生在飞秒时间尺度,具有小的角发散,$\sim 74$ mrad,和高密度$\sim 10^{14}$ cm $^{-3}$。激光驱动正电子源和激光尾流场加速技术将为高能物理研究的小型装置的发展铺平道路。
2019-04-08 physics.plasm-ph
Positron generation and acceleration in a self-organized photon collider enabled by an ultra-intense laser pulse
本研究发现超强激光辐照近临界等离子体可自组织形成移动伽马对撞机,通过线性Breit-Wheeler过程产生正电子并由等离子体电场加速至GeV级,为相关实验与应用奠定基础。
2023-07-25 physics.plasm-ph
Radiation Reaction Effects in Cascade Scattering of Intense, Tightly Focused Laser Pulses by Relativistic Electrons
在经典近似下,考虑辐射阻尼,对强激光脉冲与相对论电子的非线性级联散射进行了数值研究,量子参数hwx射线/E<1,辐射参数Kai为任意值。由于电子能量的损失以及有质动力对电子的侧向散射,使得在高能量下,强激光场附近的散射几乎不可能发生。使用的第二,共同传播的激光脉冲作为助推器,以解决这个问题。
2013-08-06 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 cascades in multiple-laser optical traps
我们提出了一个分析和数值研究的多激光QED级联诱导线偏振激光脉冲。我们分析了不同的偏振方向,并提出了一种配置,最大限度地提高级联的多重性,有利于激光吸收。我们概括的级联增长率的分析估计先前计算的领域中的两个碰撞线偏振激光脉冲和帐户多激光相互作用。利用OSIRIS的QED PIC模块对不同激光强度范围内的四激光QED级联进行了全面的数值研究,验证了这一估计。我们表明,通过使用四个线性偏振的30 fs激光脉冲,一个可以转换超过50%的总能量的伽马射线已经在激光强度$I\simeq10^{24}\ \mathrm{W/cm^2}$。在该配置中,与两个激光器碰撞的情况相比,激光转换效率更高。
2016-09-26 physics.plasm-ph
Dispersion Calibration for the National Ignition Facility Electron Positron Proton Spectrometers for Intense Laser Matter Interactions
在强烈的激光-固体相互作用中产生的电子-正电子对,使用带有图像板的磁光谱仪进行诊断,例如国家点火设施(NIF)电子正电子质子光谱仪(EPPS)。虽然建模可以帮助推断定量值,但需要验证模型的准确性以确保测量质量。低能电子和正电子的色散可能会受到EPPS入口附近的边缘磁场的影响。我们已经用来自Siemens Oncor线性加速器(直线加速器)的六束电子束校准了EPPS,当它们进入光谱仪时,能量范围从$2.7$-$15.2$ $\mathrm{MeV}$。建立了Geant 4 TOPAS蒙特卡罗模拟,以匹配在$100$ $\mathrm{cm}$源-表面距离处在水中测量的深度剂量曲线和横向剖面。在偏转磁铁电流设置和出射窗口处的电子束能量之间建立了精确的关系。模拟和测量结果被用来确定在EPPS狭缝的六个电子束的能量分布。对扫描图像板的分析以及到达光谱仪的确定的能量分布提供了EPPS的改进的色散曲线。
2021-04-13 physics.plasm-ph
Laser-assisted interaction between nonrelativistic electrons and positrons
从理论上研究了强电磁辐射(一波和二波)下两个经典非相对论电子(正电子)之间的有效相互作用。在实验室参考系中考虑了小的相对论修正。强波场形成粒子的运动,使得它们的轨迹在相当长的时间内实际上是平行的,并且在垂直方向上,粒子稍微移动,首先接近,然后远离彼此。这个结果可以被认为是相同带电粒子的有效吸引。表明两个电子和两个正电子的有效吸引力可能是基本上不对称的。
2019-08-05 physics.plasm-ph
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。
2010-10-21 hep-ph physics.acc-ph physics.comp-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
Collective plasma effects of electron-positron pairs in beam-driven QED cascades
本文通过三维QED-PIC模拟研究束流驱动QED级联产生对等离子体,发现高密度与低伽马因子共同导致显著集体效应,并在理想及现有参数下观测到激光频率上移。
2024-05-23 physics.plasm-ph
Electron-positron pairs and radioactive nuclei production by irradiation of high-Z target with γ-photon flash generated by an ultra-intense laser in the $λ^3$ regime
本文采用蒙特卡罗模拟方法研究了激光驱动的$γ$光子和高能带电粒子与高Z靶的相互作用。相互作用的粒子是从一个紧密聚焦的超强激光脉冲与钛靶的相互作用的粒子在细胞模拟。由于铅的巨偶极共振和电子-正电子对产生的高截面,铅被选择作为次级高Z靶。结果显示了超短的超相对论准直正电子布居,并得到了它们的能谱、角分布和时间轮廓,我们研究了激光产生的$γ$光子和带电粒子分别辐照铅靶所产生的各种粒子种类的总数和总动能与靶厚度的关系。我们绘制了铅靶辐照产生的残留高Z核素的图表。由于脉冲持续时间短,$γ$ -光子、电子-正电子和中子源可以在材料科学、核物理、实验室天体物理中找到应用,并且作为带电粒子的基于激光的加速器中的注入器。
2022-02-24 physics.comp-ph physics.plasm-ph
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
Scaling laws for positron production in laser--electron-beam collisions
当高能电子束与超强激光脉冲碰撞时,会产生大量的$γ$射线和正电子。我们提出的电子束能量损失,$γ$射线光谱,和正电子产率和能量,是有效的非线性,辐射反应为主的制度的标度律。作为一个应用程序,我们表明,通过采用碰撞的$>$ GeV电子束与强度$>5\times10^{21}\,\text{Wcm}^{-2}$的激光脉冲,今天的高强度激光设施能够产生$O(10^4)$正电子通过光的光散射每一枪。
2017-08-16 hep-ph physics.plasm-ph
Electron-Positron Cascade in Magnetospheres of Spinning Black Holes
我们定量地研究了自旋(克尔)黑洞(BH)的静止的、轴对称的、无力的磁层,以及由Blandford-Znajek机制提供动力的相对论喷流所需的条件。这些喷流可能来自活动星系核、耀变体、类星体、微类星体、射电活跃星系和其他拥有克尔黑洞的系统。磁层的结构决定了如何提取BH能量,例如,通过Blandford-Znajek机制,将BH转动能转换为坡印亭通量。关键的假设是无力条件,它要求等离子体的密度高于Goldreich-Julian密度。不像中子星原则上可以从表面提供电子,BH根本不能提供等离子体。等离子体必须通过电子-正电子级联产生\em{in situ},大概是在间隙区域。在这里,我们研究不同的条件下,提供了足够量的等离子体的布兰德福德Znajek机制有效地工作。
2017-06-02 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Polarized QED cascades
通过在强场QED过程中考虑电子、正电子和光子的自旋和极化,我们发现在超强激光场中QED级联的增长率可以大大降低.虽然这意味着产生的粒子更少,但我们也发现它们是高度极化的。我们进一步发现,粒子光谱的高能尾部的极化与Sokolov-Ternov理论的预期相反,这不能仅仅通过考虑对产生过程中的自旋不对称性来解释,而是由“自旋离散”引起的。我们采用一个动力学方程的方法的电子,正电子和光子的分布,他们每个人的自旋/偏振分辨,与量子电动力学的光子发射和对生产的影响建模的自旋/偏振相关的玻尔兹曼型碰撞算子。对于光子种子级联,根据光子偏振,我们发现在级联发展的早期阶段,粒子生产过剩或短缺,这提供了一条通往受控实验的道路。在本文中,我们专注于旋转电场配置,这代表了一个理想化的模型,并允许一个简单的解释所观察到的效果。
2021-04-01 hep-ph 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
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
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。
2021-09-20 hep-ph physics.plasm-ph
Strong Electromagnetic Waves Propagation in an Electron-Positron-Ion Plasma
本文主要研究了三分量非磁化等离子体中电子-正电子-离子对强短电磁波包驱动的静电尾场的影响。描述驱动静电尾场的方程以非线性微分方程组的形式给出。该系统的解决方案进行了数值计算和结果显示图形。
2002-07-11 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
Transition signatures for electron-positron pair creation in space-time inhomogeneous electric field
本研究通过计算量子场论分析时空非均匀电场中的电子-正电子对产生,发现并解释了不对称跃迁通道源于激光空间非均匀性,且该通道能显著增强对产生效率。
2025-03-26 hep-ph physics.plasm-ph
A channel for very high density matter-antimatter pair-jet production by intense laser-pulses
当激光强度超过$I\gtrsim5\times10^{22}$ W/cm $^{2}$时,由于强场QED过程的出现,激光驱动相对论对喷注产生的机制发生了质的变化。在这里,我们表明,通过超过这个强度,额外的物理操作,并打开了一个新的和有效的通道,将激光光子转换成密集的对射流-非线性康普顿散射和贝特-海特勒过程的组合。这个通道产生相对论性的电子-正电子喷流,其密度比迄今为止可能的密度高出三个数量级。我们发现,这个过程是如此有效,它导致大量生产的重对以及。由这个新通道产生的喷流将使相对论性电子-正电子等离子体中集体过程的研究成为可能。
2019-02-04 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
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
Laser-pulse-shape control of seeded QED cascades
量子电动力学级联是由超强电磁场驱动的硬光子发射和电子-正电子对产生的复杂雪崩过程。它们在天体物理环境中发挥着重要作用,例如恒星的磁层,使地球上的强激光具有吸引力。在文献中,QED级联也被预测限制了在稀薄气体(如真空室的残余气体)中碰撞激光束的设置中可达到的强度,因此严重阻碍了极端场强下的实验。在这里,我们证明了QED级联的开始可以被阻止,即使在强度接近$10^{26}\text{ W/cm$ ^{2} $}$时,使用紧密聚焦的激光脉冲和低$Z$气体,或者在强度低于$10^{24}\text{ W/cm$ ^{2} $}$时,使用扩大的激光聚焦区域或高$Z$气体。这些发现为控制新的实验铺平了道路,例如从激光能量产生纯电子-正电子-光子等离子体,以及在量子真空变得不稳定的极端强度区域探测QED。
2017-07-24 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Effect on the degenerate Electron-Positron Plasma Dynamics
School of Physics, Free university of Tbilisi(第比利斯自由大学物理学院);Andronikashvili Institute of Physics (TSU)(安德罗尼卡什维利物理研究所(第比利斯国立大学))
研究辐射压力对简并电子 - 正电子等离子体集体动力学的影响,通过假设费米能量超热能,应用广义协变流体动力学方程,得出在致密等离子体中辐射压力使终端整体洛伦兹因子增强且伴有等离子体冷却的结论。
2026-07-28 physics.plasm-ph
Weibel instability in relativistic asymmetric electron positron plasma
我们考虑了相对论强电磁波与各向同性电子正电子等离子体相互作用的情况,即,我们考虑强度高达1021 W/cm ~ 2的短脉冲激光,其中光子密度为1030 cm ~ 3量级,电场强度E = 10^9 statvolt/cm。这种情况在天体物理和实验室等离子体中是可能的,这些等离子体受到强激光辐射,从而导致非热平衡场辐射。超强激光辐射与各向同性对等离子体的这种相互作用导致低频电磁EM波的产生,特别是准稳态磁场的产生。相对论性圆偏振横电磁波沿z轴传播时,产生有质动力,影响粒子沿其传播方向的运动。另一方面,粒子在传播方向上的运动由有质动力势定义。此外,色散关系的横向电磁波使用一个特殊的分布函数,它具有各向异性的形式,推导出,随后研究了一些特殊情况。在一般情况下,它示出的EM波的增长率强烈地依赖于它的强度。
2018-04-26 physics.plasm-ph
Model of pulsar pair cascades in non uniform electric fields: growth rate, density profile and screening time
随时间变化的电子-正电子对级联被认为是脉冲星磁层中等离子体的主要来源,也是解释脉冲星射电辐射性质的主要成分,这是高能天体物理学中一个长期悬而未决的问题。在这些级联过程中-伽马射线光子发射的正反馈回路,通过TeV电子和正电子的曲率辐射,以及对的产生-等离子体自洽地产生感应波,这些感应波耦合到能够逃离脉冲星稠密等离子体的电磁模式。在这项工作中,我们提出了一个分析描述的对级联相关的双中子星,包括他们的发病,指数增长和饱和阶段。我们研究这个问题的情况下,背景线性电场,相关的脉冲星极冠,并使用一个启发式模型的对生产过程。与OSIRIS,包括启发式对生产进行的粒子在细胞模拟的分析结果得到证实。
2022-04-07 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Laser field absorption in self-generated electron-positron pair plasma
最近,对高功率激光器可达到的强度的限制问题引起了很多注意[A. M. Fedotov { \it et al.}物理修订版信函\textbf{105},080402(2010)]。种子在强激光场作用下产生的电子-正电子对等离子体通过电磁级联吸收激光能量。建立了一个用于正负电子对等离子体动力学自洽研究的数值模型。研究了自生过密电子-正电子对等离子体对激光能量的强吸收。它表明,吸收变得重要的不是非常高的激光强度$I \sim 10^{24}$ W/cm $^2$在不久的将来实现。
2010-11-04 hep-ph physics.acc-ph 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
Opacity of relativistically underdense plasmas for extremely intense laser pulses
人们普遍认为,相对论低密度等离子体对强激光辐射是透明的。然而,粒子模拟显示,对于$1~μ\mathrm{m}$的波长,高于约~ $3 \times 10^{24}~\mathrm{W}\,\mathrm{cm}^{-2}$的强度阈值的异常激光场吸收。在阈值以上,激光强度的进一步增加不会导致传输距离的增加。模拟考虑到硬光子的发射和随后的对光生在激光场。这些效应导致了一个自我维持的电磁级联的开始,并形成致密的电子-正电子($e^+e^-$)等离子体的权利内的激光场。等离子体有效地吸收电场,保证了等离子体的不透明性。讨论了弱纵向电子-离子电场在级联生长中的作用。
2022-10-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Polarized quantum effects in countable signals from intense laser - electron beam interactions
National Institute for Fusion Science(国立核聚变科学研究所);Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University(广岛大学先进理工学研究科);Nagasaki Institute of Applied Science(长崎应用科学研究所)
本研究开发蒙特卡洛模型复现SLAC E-144实验结果,揭示强激光-电子束相互作用中极化量子效应的规律,预测未来ELI-NP实验可验证该类效应。
2026-10-14 hep-th physics.plasm-ph
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
Growth rate of self-sustained QED cascades induced by intense lasers
本研究解决了强激光驻波触发电-正电子对雪崩的增长率计算难题,提出考虑粒子迁移衰减的简洁公式,经模拟验证有效,可用于预测对产生反作用及规划超高强度激光实验。
2024-08-19 hep-th physics.plasm-ph
Higher fidelity simulations of nonlinear Breit-Wheeler pair creation in intense laser pulses
当光子与激光脉冲碰撞时,可以通过非线性Breit-Wheeler过程产生电子-正电子对。已经开发了一个模拟框架来计算这个过程,这是基于有质动力的方法,包括强场量子电动力学效应通过局部单色近似(LMA)。在这里,我们比较模拟预测的各种可观的,在不同的物理制度,从理论的精确分析结果的数值评估。对于聚焦激光背景的情况下,我们还比较模拟与高能理论近似。这些比较被用来量化的准确性的模拟方法在计算谐波结构,这出现在出射粒子的光阵面的动量和角谱,以及从多光子到所有阶对创建的过渡。在一定范围内的强度参数的对的总产量的计算也被用来评估局部恒定场近似(LCFA)的准确性。
2021-08-24 hep-ph physics.plasm-ph
Production of Highly Polarized Positron Beams via Helicity Transfer from Polarized Electrons in a Strong Laser Field
从理论上研究了超强圆偏振激光脉冲与纵向自旋极化超相对论电子束相互作用过程中,通过非线性Breit-Wheeler过程产生高极化正电子束的过程。在局域常场近似下,发展了一种新的采用完全自旋分辨量子几率的蒙特卡罗方法,以考虑强激光场中的三维偏振效应。产生的正电子通过高能光子介质从极化电子转移极化而纵向极化。对于以较小偏转角运动的高能正电子,极化转移效率可以接近100%。这种方法简化了后选择过程,以在进一步的应用中产生高质量的正电子。在可行的情况下,可以在飞秒时间尺度内获得高度极化($40\%-65\%$)、强($10^5$ /束$-10^6 $ /束)、准直($5$ mrad $-70$ mrad)的正电子束。纵向极化正电子源在高能物理和材料科学中有着广泛的应用。
2020-03-02 physics.plasm-ph
All-Optical Generation of Dense, Multi-GeV, Longitudinally-Polarized Positron Beams
提出一种集成正电子产生、加速与自旋操控的全光方案,利用QED级联和直接激光加速获得约9 GeV、约50%纵向极化的高产额正电子束。
2025-09-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear aspects of quantum plasma physics
稠密的量子等离子体普遍存在于行星内部和紧凑的天体物理物体中,在半导体和微机械系统中,以及在下一代强激光-固体密度等离子体相互作用实验和量子x射线自由电子激光中。与经典等离子体相反,量子等离子体中的等离子体数密度极高,温度极低。后者由电子、正电子和空穴组成,它们是简并的。正电子(空穴)与电子具有相同(略有不同)的质量,但电荷相反。简并带电粒子(电子、正电子、空穴)遵循费米-狄拉克统计。在量子等离子体中,存在与i)量子统计电子和正电子压力,ii)电子和正电子穿过玻姆势的隧道,以及iii)电子和正电子角动量自旋相关的新力。包含这些量子力提供了具有极短波长的非常高频色散的静电波和电磁波(例如,在硬X射线和伽马射线状态中)的可能性。在这篇综述论文中,我们提出了一些重要的非线性方面的波-波和波-电子相互作用在致密量子等离子体的理论背景。具体来说,我们将集中在非线性静电电子和离子等离子体波,三维量子电子流体湍流的新方面,以及非线性耦合强电磁波和局部等离子体波结构。讨论了在稠密量子等离子体中产生准稳态磁场的相空间动力学结构和机制。讨论了外磁场和电子角动量自旋对电磁波动力学的影响。
2009-09-29 physics.plasm-ph
Generation-Resolved Signatures in QED Cascades: Diagnostics for Ultraintense Laser Parameters
Xi’an Jiaotong University(西安交通大学)
本研究开展超强激光与GeV电子束对撞引发的QED级联的代分辨分析,通过追踪级联各代演化的蒙特卡洛模型,发现辐射反应抑制高产额、正电子能谱随参数软化等规律,建立标度关系,提出用可观测参量诊断激光强度与脉宽的新方法。
2026-08-05 physics.plasm-ph
Positron beam loading and acceleration in the blowout regime of plasma wakefield accelerator
在非线性井喷状态中的等离子体尾场加速已经被示出为提供高加速梯度和高能量传递效率,同时保持用于电子加速的大的束质量。相比之下,在这一制度下的正电子加速的研究仍处于初步阶段。我们发现,在电子束驱动的吹出腔的后部加载强正电子束,可以自洽地形成并维持同轴电子灯丝。通过一个分析模型和完全非线性模拟,我们表明,这种同轴电子灯丝不仅可以集中的正电子束,但改变加载的纵向尾场在一个明显不同的方式从电子束加载在井喷制度。利用模拟,我们表明,高电荷正电子束可以加速与百分之几十的能量转移从尾流到正电子,百分之水平诱导的能量扩展和几毫米$\cdot$ mrad归一化发射度,而显着耗尽的电子驱动束的能量。这个概念可以推广到电子束和正电子束的同时加速以及高Transformer比的正电子加速。
2022-11-15 physics.plasm-ph
Anomalous lepton acceleration in the radiation reaction dominated reflection regime
研究发现,松散聚焦超强激光与反向电子作用时,辐射反应可使轻子反射并被不对称场加速至远超初始能量,模拟展示10拍瓦级激光高效产生多GeV准单能正电子,为宇宙射线起源提供新解释。
2025-04-25 physics.plasm-ph
Broadband coherent XUV light from $e^-/e^+$ microbunching in an intense laser pulse
本文提出利用激光脉冲中准中性电子-正电子束的微聚束机制产生宽带相干XUV光,通过模拟证明可形成8阿秒脉冲,并使光源体积比现有方案缩小多个数量级。
2025-07-08 physics.optics physics.plasm-ph
Positron Bunch Radiation in the System of Tightly Packed Nanotubes
A.I. Alikhanyan National Science Laboratory (Yerevan Physics Institute)(阿·伊·阿里哈尼扬国家科学实验室(埃里温物理研究所));Yerevan State University(埃里温国立大学)
紧密排列的碳纳米管系统可产生高强度近单色圆形偏振软X射线光子束,能量约3 keV。
2025-12-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Seeded QED cascades in counter propagating laser pulses
用第一性原理二维/三维QED-PIC方法计算了反向传输激光器中种子QED级联的增长率。增长率对激光偏振和强度的依赖性进行了比较,支持模拟结果的分析模型。该模型提供了一个洞察力的级联增长的定性趋势时,激光场的强度是不同的。根据理论分析和数值计算结果,对叶栅的阈值进行了讨论。这些结果表明,相对论对等离子体和有效的转换,从激光光子到伽马射线可以观察到的典型强度计划在未来的超强激光设施,如ELI或VULCAN。
2016-12-17 physics.plasm-ph
Production and magnetic self-confinement of $e^-e^+$ plasma by an extremely intense laser pulse incident on a structured solid target
提出利用超强圆偏振单脉冲与锥形空腔固体靶相互作用,借助三维QED-PIC模拟证明可产生强磁场并大量生成、长效约束电子-正电子对等离子体。
2024-09-13 physics.optics 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
Improved Bethe-Heitler positron creation and retention by combining direct laser acceleration and solid target interaction within a gas jet
针对现有单激光级正电子产生构型的束质量有限、粒子数低问题,提出结合贝特-海特勒对产生与等离子体通道内直接激光加速(DLA)的方法,通过半解析模型和PIC模拟优化正电子注入与保留,使保留率提升8倍,建立了稳健单级正电子束获取方案。
2024-11-26 physics.plasm-ph
Effects of colliding laser pulses polarization on $ e^{-}e^{+} $ cascade development in extreme focusing
本研究针对极端聚焦下激光脉冲偏振影响电子-正电子级联启动的问题,发现径向偏振脉冲能让种子电子在峰值振幅时留存于焦平面,相比同参数圆/线偏振脉冲,可将级联启动所需激光功率降低100/80倍。
2024-08-14 physics.plasm-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
Compact Spin-Polarized Positron Acceleration in Multi-Layer Microhole Array Films
针对紧凑型自旋极化正电子加速器高加速梯度与高极化度难以兼顾的难题,提出利用超相对论高密度电子束穿过多层微孔阵列薄膜激发场来加速极化正电子的方法,实现90%以上极化度和约TeV/m加速梯度,为加速器小型化等提供新方案。
2024-05-18 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
Stable radiation field positron acceleration in a micro-tube
针对反物质粒子加速需求,提出将相对论电子束注入稠密等离子体微管产生稳定高强度中红外辐射场的方法,实现正电子束的高梯度高效加速与低能量散布。
2024-01-11 physics.plasm-ph
Dust acoustic wave in a strongly magnetized pair-dust plasma
证明了强磁化电子-正电子(对)-尘埃等离子体中尘埃声波的存在。在尘埃中,回复力来自于无惯性的电子和正电子的压力,尘埃质量提供了惯性。这种波在天体物理学环境中可能会引起人们的兴趣,比如超新星和超新星,以及实验室等离子体中强激光束引起的星团爆炸。
2005-03-03 astro-ph physics.plasm-ph