Intense multicycle THz pulses generated by laser-produced nanoplasmas
我们提出了一种新的方案，以获得强大的，窄带，和可调谐的太赫兹辐射，通过使用纳米尺寸的过密等离子体靶，由两个反向传播的失谐激光脉冲照射。到目前为止，还没有从激光-固体相互作用中获得GV/m量级的窄带太赫兹源的报道。我们报道了拍频（$\simeq$ 30 THz）的强THz脉冲产生于碰撞区拍频有质动力产生的强等离子体电流，其峰值场强为11.9 GV/m，谱宽$(Δf/f$ $5.3\%)$.这种极亮的窄带THz源适用于各种雄心勃勃的应用。
2022-10-26 physics.plasm-ph
Influence of finite ion Larmor radius on the dynamics of weakly-collisional plasma jets colliding in magnetic arch
Federal Research Center A. V. Gaponov–Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院阿·瓦·加波诺夫-格列霍夫应用物理联邦研究中心）；Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod（下诺夫哥罗德罗巴切夫斯基国立大学）
研究有限离子朗德半径对弱碰撞等离子体喷流在磁拱场中相互作用动力学的影响，发现系统尺寸接近离子朗德半径时相互作用更剧烈，而增大系统尺度则过渡到理想MHD状态。
2025-08-04 physics.plasm-ph
Simulation of relativistically colliding laser-generated electron flows
采用粒子模拟方法研究了两束等强激光脉冲在两个空间上分离的光斑中同时撞击致密靶时产生的等离子体动力学。模拟显示，电子加速到相对论速度，穿过靶并从靶的后表面离开。大多数高能电子被双极电场束缚在后表面并沿其扩展，它们的电流被靶中的返回电流闭合，这种电流配置产生强的表面磁场。两个电子鞘层在激光碰撞点之间的中平面处碰撞。逆流电子束之间的磁排斥使它们沿着表面法线方向分离，然后它们可以通过其他束不稳定性热化。这种磁排斥也是束-魏贝尔不稳定性的驱动机制，它被认为是伽马射线暴（GRB）喷流内部激波附近磁场增长的原因。这种排斥的相对强度相比，竞争的静电相互作用，这是由模拟证明，表明在实验环境中，可以检查的不稳定性。
2012-11-18 physics.plasm-ph
Determining the duration of an intense laser pulse directly in focus
我们提出了一种新的测量技术，能够确定一个强激光脉冲的持续时间直接在其焦点在全强度。我们表明，发射的电磁辐射图案的电子束团的时间能量啁啾与激光脉冲垂直碰撞表现出明显的依赖于脉冲的持续时间。当电子将辐射发射到由其瞬时能量与激光的局部场强的比率确定的角区域中时，电子能量的时间变化将关于激光的脉冲持续时间的信息印记到角辐射分布上。我们通过一个简化的分析模型来量化相互作用，并通过数值模拟真实聚焦的激光场中的电子动力学来证实这个模型的预测。根据这些发现，脉冲的持续时间可以确定到百分之几的精度。
2017-12-19 physics.optics 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
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
Quantum Reflection above the Classical Radiation-reaction Barrier in the QED Regime
超强激光脉冲与高能电子束的碰撞不仅是产生高亮度γ射线的重要来源，也是在奇异强场QED体系中探索新物理的有力途径。在交叉碰撞几何中，当辐射-反应（RR）力由经典的Landau-Lifshitz方程解释时，我们发现有一个独特的势垒，允许能量超过势垒的电子穿透，并阻止能量较低的电子穿透。而在量子电动力学的角度来看，电子可以很好地反射（传输）的制度，其中完全传输（反射）是经典允许的。反射（透射）由辐射的量子性质保证，但被经典描述禁止。这种效应伴随着散射电子角分布的模糊，并且对于$2\times10^{23}\ \mathrm{W/cm^2}$的激光强度和$\sim 10^2\ \mathrm{MeV}$的电子能量变得重要;因此可以在即将到来的10- 100 PW激光设施中测量。通过探测高能电子束碰撞后的反射率并解析其角分布，结果能够区分强场区经典方法和QED方法的界限，并验证描述基本过程的各种模型。
2018-11-16 physics.plasm-ph
Collapse and revival of electromagnetic cascades in focused intense laser pulses
研究了高能电子束与两束反向传输的飞秒激光脉冲的相互作用。非线性康普顿散射和发射光子产生的电子-正电子对导致电磁“非线性”级联的发展，然而由于次级粒子的能量损失，该级联相当快地崩溃。然而，激光场加速了聚焦区中捕获的低能电子和正电子，从而引起另一种类型（“雪崩型”）的电磁级联的发展。在电子束能量为几个GeV量级、碰撞激光脉冲强度为$10^{24}$ W/cm $^2$的情况下，可以观察到级联崩溃和恢复的这种效应。这意味着它可以很容易地观察到在新的激光设施，无论是计划在不久的将来，或已经在建设中。建议的实验装置提供了最现实的和有前途的方式来观察“雪崩型”级联。
2014-07-24 hep-ph physics.plasm-ph
New class of violation of local constant field approximation in intense crossed laser pulse scenarios
一般认为，在超强激光场中，当强场参数$ξ$大于1时，电子辐射可用局域恒场近似（LCFA）来描述。我们讨论了这一猜想的失败，考虑辐射的超相对论电子与强反向传播的激光波相互作用。从LCFA的偏差，特别是在高频域中，示出发生，甚至在$ξ\gg 1$，因为在轨迹中的一个额外的小的时间尺度的外观。此外，我们确定了一类新的LCFA破坏，当辐射形成长度变得小于一个通过LCFA。它的特点是频谱宽而平滑，而不是谐波结构。在电子与超短激光脉冲碰撞的情况下也证明了类似的现象。激光等离子体动力学模拟的相关性进行了讨论。
2020-03-13 hep-ph 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
Leveraging extreme laser-driven magnetic fields for gamma-ray generation and pair production
强激光脉冲通过相对论透明现象在经典过临界等离子体中传播的能力被证明有利于产生强等离子体磁场。粒子在细胞模拟表明，这些领域显着提高了激光照射的电子的辐射率，此外，他们准直的发射，使定向和密集的多MeV的伽马射线束是可以实现的。这种能力可以利用电子-正电子对生产经由线性Breit-Wheeler过程通过碰撞两个这样的密集束。模拟结果表明，在这样的设置中可以产生多个$10^3$对，并且正电子的方向性可以通过光束之间的入射角来控制。
2017-12-28 physics.plasm-ph
Collisionless absorption, hot electron generation, and energy scaling in intense laser-target interaction
在理解强超短激光脉冲的无碰撞吸收的各种尝试中，已经发明了各种模型来描述激光束与目标的相互作用。在基本物理学方面，无碰撞吸收现在被理解为振荡激光场与等离子体中产生的空间电荷场的相互作用。布鲁内尔模型的实质是在目标前面的真空中形成振荡电荷云，这是实现这种想法的第一种方法。对轨道统计系综的研究表明，吸收过程局限于离子-真空界面和皮肤层：单个电子进入与激光场共振，从而发生相移，导致轨道交叉和布鲁内尔层流制动。这种非谐共振就像电子的吸引子一样，导致电子能谱中麦克斯韦尾的形成。最显著的结果是：在相对论阈值下的类Brunel热电子分布，在电子密度为$n_e λ^2\sim 10^{23}$ cm $^2μ$ m $^2$的等离子体靶中，在$Iλ^2 \cong (0.3-1.2)\times 10^{21}$ W/cm处的最小吸收，在该区域中的热电子数急剧减少，并在高相对论区域重新出现;通过等离子体激元的切伦科夫发射，快速电子喷流与返回电流的强耦合。热电子的能量标度显示出强烈的依赖于强度在适度相对论域$Iλ^2 \cong (10^{18} - 10^{20})$ W/cm $^2μ$ m $^2$，标度与目前公布的范围内的估计模糊一致$Iλ^2 \cong (0.14-3.5)\times 10^{21}$ W/cm $^2μ$ m $^2$，和一个明显的功率增加超过$I=3.5\times …
2015-03-13 physics.plasm-ph
Laser Accelerated Ions from a Shock Compressed Gas Foil
我们提出了高能激光离子加速从一个定制的，近固体密度的气体目标的结果。在超强激光脉冲到达靶板之前，碰撞流体动力冲击将纯氢气射流压缩成70 μm厚的靶板。密度扫描揭示了从以广角低能束为特征的区域到具有高能晕的更聚焦的束的过渡。在后一种情况下，三维模拟显示了由激光尾场加速电子产生的轴向电流驱动的Z箍缩的形成。当箍缩消散时，靶后部的离子被加速电子的空间电荷场和库仑排斥的组合加速。
2016-03-14 physics.plasm-ph
Quantum-stochasticity-induced asymmetry in angular distribution of electrons in a quasi-classical regime
在准经典条件下，研究了量子随机性对超相对论电子束与线偏振超强激光脉冲正面碰撞动力学的影响。一般情况下，即使在激光脉冲的有质动力作用下，电子束的角分布也保持横向对称。在这里，我们表明，当初始角发散$Δθ_i \lesssim 10^{-6} a_0^2$与$a_0$是归一化的激光场振幅，电子束的非对称角分布出现由于量子随机效应，通过模拟分别采用Landau-Lifshitz，量子修改的Landau-Lifshitz方程，量子随机辐射反应形式来描述辐射电子动力学。的不对称性是强大的对各种激光和电子参数，提供了一个实验可检测的签名的性质与激光和电子束的光子发射的量子随机性。
2020-06-15 physics.plasm-ph
Radiative deflection by spin effect in the quantum radiation-reaction regime
超相对论电子与超强激光脉冲的碰撞是验证强场QED物理的有力手段。通过考虑激光与电子碰撞过程中与自旋相关的辐射反应，我们发现了不同自旋态的电子的反对称偏转。我们揭示了这种偏转是由辐射反作用力在半周期相位内沿场极化方向所作的非零功引起的，该非零功对自旋反电子较大，而对自旋反电子较小.由于振荡的磁场，电子在磁场上的自旋投影在相邻的半周期中被反转，因此由于自旋相关辐射引起的偏转被累积而不是消失。新机制为强场QED体系中通过测量反对称分布来观察量子辐射反应效应提供了额外的维度。
2019-01-30 physics.plasm-ph
Novel aspects of radiation reaction in the classical and the quantum regime
本工作致力于在经典和量子电动力学框架下研究辐射反应特征。由于迄今为止还没有明确的辐射反应及其基本方程的实验验证，预计其对新实验装置的构建具有重大影响，例如，量子x-自由电子激光，辐射反应效应的深刻理解是特别感兴趣的。在这里，我们描述了量子辐射反应效应的包含如何改变与强激光脉冲碰撞的超相对论电子束的动力学显着。此后，如果除了单光子发射之外还考虑更高阶的光子发射，则发射辐射的角分布在量子框架中被证明会发生强烈改变。此外，在等离子体中的超强激光脉冲的受激拉曼散射的检查和前向拉曼散射被发现显着增加列入辐射反应的影响在经典制度。在这项工作中的数值模拟表明，目前可用的激光和电子加速器的预测效果的实验验证的可行性。
2014-01-13 hep-ph 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
Pair production by Schwinger and Breit-Wheeler processes in bi-frequent fields
反向传播和适当的偏振光（激光）束可以提供产生对的条件。在这里，我们更详细地考虑以下两种情况：（i）在线偏振超高强度激光束的波腹的均匀性区域中，Schwinger过程被第二高频场动态地辅助，例如通过XFEL光束。(ii)高能探测光子束与同向传播的强激光和XFEL光束的叠加碰撞产生激光辅助Breit-Wheeler过程。这种双频场星座的前景与光转化为物质的可行性进行了讨论。
2016-04-01 hep-ph physics.plasm-ph
Attaining a strong-field QED signal at laser-electron colliders with optimized focusing
高能电子束与强激光脉冲的碰撞为研究高量子非线性参数$χ$的强场QED过程提供了基础。然而，由于过程的概率性质和碰撞参量的逐炮变化，信号去卷积是复杂的，这不利于使用紧密聚焦。我们提出了一种区分高$χ$发射信号的概念，该概念使得能够使用最佳聚焦来针对给定的电子能量$\varepsilon$、激光功率$P$和波长$λ$获得最高的$χ\approx 5.25 \left(\varepsilon / (\text{1 GeV})\right)\left(P/(\text{1 PW})\right)^{1/2}\left((\text{1 }μ\text{m})/λ\right)$。达到这样的f/2聚焦的$χ$需要10倍以上的功率。
2022-12-08 physics.optics physics.plasm-ph
Nanometer-scale pre-bunched electron beams generated from all-optical plasma-based acceleration
Peking University（北京大学）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出一种基于全光学等离子体加速的方案，通过激光调制产生纳米尺度预压缩电子束，为超快X射线应用提供新可能。
2026-02-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generating 10 GW-class isolated zeptosecond x-ray bursts through bootstrapping two plasma-based accelerator stages
提出利用LWFA电子束驱动具有密度调制下降斜坡的PWFA级，产生极高密度和亮度的预聚束电子束，进而与光学波荡器对撞产生10 GW级孤立仄秒X射线脉冲，为核物理和量子电动力学提供探针。
2025-09-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Brilliant attosecond γ-ray emission and high-yield positron production from intense laser-irradiated Nano-Micro array
本研究提出超强激光辐照带衬底纳微阵列的新方案，可高效产生超短超亮阿秒γ射线与超稠密高产额正电子，揭示了转换效率的标度规律与调控方法，为阿秒核科学和高能量密度物理研究提供新途径。
2020-12-28 hep-ph physics.plasm-ph
Radiation reaction in strong fields from an alternative perspective
现有的经典辐射反应理论存在“逃逸解”和违背因果关系等缺陷。由洛伦兹、亚伯拉罕和狄拉克引入的精确方程的朗道-利夫希茨近似被广泛使用，尽管关于其有效性的问题仍然存在。本文基于Ford和O 'Connell首先提出的一个方程，探讨了辐射电子运动的另一种处理方法。找到了该方程的解偏离Landau-Lifshitz解的一般条件。通过探索辐射反应对粒子与超强激光脉冲碰撞的影响，我们表明，这两种方法存在显着偏差的制度永远无法达到现有或拟议的激光设施。将研究单粒子与强激光脉冲相互作用的方法推广到描述粒子束与各种实际激光脉冲的相互作用。我们发现，相互作用导致的平均动量和相对动量传播的减少。然而，这种减少似乎与脉冲的长度无关，只取决于脉冲中的能量，而不管它是如何分布的。本文研究了电子被高电荷重核散射时的辐射反应效应。辐射反应被认为会影响粒子的运动。我们发现福特-奥康奈尔方程和朗道-利夫希茨方程的预测之间存在明显的差异，尽管在量子效应很重要的情况下。
2014-08-19 hep-ph physics.plasm-ph
Optimized multibeam configuration for observation of QED cascades
如果种子电子的动力学量子参数$χ$与电子的固有加速度在康普顿单位下达到1的量级，那么强电磁场中的QED级联就会发生。本文导出了初始慢电子在任意电磁场中的$χ$的一般表达式，其中$ω$是场载波频率，时间范围为$t\ll 1/ω$。使用该公式，我们考虑多个碰撞聚焦激光束的特殊场配置并对其进行优化，以在低于$10$ PW的激光功率和大约$10^{23}$ W/cm $^2$的强度下提供级联发展。这些光束参数将在未来几年内通过新一代激光设施，特别是ELI Beamlines获得。
2015-05-25 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
The effect of the electron's spin magnetic moment on quantum radiation in strong electromagnetic fields
本文通过60 GeV电子束与超强激光碰撞，研究电子自旋磁矩产生的自旋光对量子辐射的影响，发现其显著增加高能光子、正电子产额及辐射反应，为强量子体系首次观测自旋光提供途径。
2025-06-24 physics.plasm-ph
Quasi-monochromatic bright gamma-ray generation from synchronized Compton scattering via azimuthal spatial-temporal coupling
高能电子与强激光脉冲碰撞时，通过逆康普顿散射（ICS）可以产生高能光子。激光等离子体加速器的发展使来自激光尾流场加速器的电子与等离子体反射镜反射的高功率驱动脉冲发生碰撞，从而有望获得紧凑的全光学γ射线源。然而，光学聚焦定律阻碍了在这种情况下实现高光子产额和单色光谱。我们提出了一个方位角的空间-时间尺度，利用螺旋抛物几何的焦场强度从激光光斑的大小。它将驱动激光束分解成具有几乎相同发散角和焦深的脉冲训练，在优化的线性区域中创建同步ICS。该方案解决了高效率和窄能散之间的矛盾，有利于使用超过相对论场强的高功率激光产生单色伽马射线。
2022-02-15 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Supercontinuum and ultra-short pulse generation from nonlinear Thomson and Compton scattering
在经典电动力学和量子电动力学的框架下，研究了高能电子与强光脉冲碰撞的非线性汤姆逊和康普顿过程。光谱调制的发射辐射，出现振荡或脉动结构，观察和解释。结果表明，这两个过程产生的带宽辐射跨越的范围内的几个兆电子伏，这发生在一个小圆锥沿碰撞电子的传播方向。最重要的是，这些宽带结构是暂时相干的，这证明了汤姆逊和康普顿过程导致超连续谱的产生。结果表明，来自超连续谱的辐射可以合成为zeptosecond（甚至可能是yeptosecond）脉冲。因此，确认汤姆逊和康普顿散射可以用作超短辐射的新来源，为强激光物理开辟了新的物理领域。
2013-11-19 hep-ph physics.acc-ph physics.atom-ph
Novel Signatures of Radiation Reaction in Electron-Laser Sidescattering
本研究针对电子束与强激光90度侧向碰撞场景，解析推导结合3D蒙特卡洛模拟，发现辐射反应会使电子向束轴偏转的新特征，验证其可被现有激光技术观测，并探讨间接观测激光消耗的可能。
2024-05-29 hep-ph 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
Effect of interparticle fields and radiation reaction on beam dynamics
本文研究强电磁场中多粒子束的辐射反作用与粒子间场效应，推广了朗道-利夫希茨方程并证明其满足能量-动量守恒，通过第一性原理模拟揭示两者联合效应主要影响粒子能量分布尾部。
2025-06-06 hep-ph physics.class-ph physics.plasm-ph
