Travelling waves and a fruitful `time' reparametrization in relativistic electrodynamics
本文将带电粒子在一个平面行波F_t（ct-z）与一个静止部分F_s（x，y，z）之和的外电磁场中的非线性运动方程简化为：通过在作用量、拉格朗日量和哈密顿量中采用类光坐标ct-z代替时间t作为自变量，并由此导出新的欧拉-拉格朗日方程和哈密顿方程，我们使未知的z（t）从F_t的辐角中消失。我们首先研究和解决单粒子方程在几个显着的极端加速度的情况。特别地，我们得到了Lawson-Woodward型（无最终加速度）定理的一个严格公式和回旋自共振的一个简洁推导，以及在一致F_s存在下的新解。然后，我们将我们的方法扩展到流体力学条件下的等离子体，并将其应用于平面问题：偏微分方程系统可以部分求解，有时甚至完全减少到一个家庭的解耦系统的普通的，这发生在例如，与冲击的行波真空等离子体界面（什么可能产生弹弓效应）。由于傅立叶分析在我们的一般框架中不起作用，因此该方法可以应用于所有类型的行波，从几乎单色到所谓的“脉冲”，其中包含很少，一个甚至没有完整的周期。
2018-01-28 astro-ph.HE math-ph math.MP
Dielectric Laser Acceleration
电介质激光加速器（DLAs）利用激光脉冲撞击电介质结构时产生的近场来加速带电粒子。我们提供了一个概述的光子驱动加速器的操作理论，从光子与带电粒子在真空中相互作用，通过引入介电结构所获得的优势，与他们的优势和局限性的讨论。此外，我们展示了介电激光加速器的当前发展的最新技术，包括加速，聚焦，偏转，光束位置监测，以及从微聚束的产生到交替相位聚焦的适应的高级主题，允许带电粒子在长距离上的下一个无损传输。
2020-08-10 physics.acc-ph
Scheme for proton-driven plasma-wakefield acceleration of positively charged particles in a hollow plasma channel
提出了一种在等离子体尾场加速器中加速带正电粒子的新方案。如果质子驱动束在中空等离子体通道中传播，并且束半径是通道宽度的量级，则驱动器的空间电荷力导致通道壁处的电荷分离，这有助于聚焦沿束轴传播的带正电的见证聚束。在通道中，带正电荷的粒子的加速桶比均匀等离子体的井喷状态大得多，并且长距离的稳定加速是可能的。此外，可以通过改变通道的半径来调整见证物相对于波的相位，以确保加速度是最佳的。二维模拟表明，对于未来可能出现的质子驱动器，带正电的粒子可以稳定地加速超过1公里，平均加速梯度为1.3 GeV/m。
2013-06-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The Energetics of Particle Acceleration Using High Intensity Lasers
我们指出，即使是最强烈的激光束，今天可以提供只有一个非常小的一部分所需的光束能量，以达到设计亮度为未来的e+e-线性对撞机。这一事实似乎被忽视了大量的文献激光加速带电粒子。
2004-10-28 physics.acc-ph
Proton acceleration by circularly polarized traveling electromagnetic wave
在短距离内加速带电粒子，产生准直的单能量光束，有望为医学和诊断提供新的工具。在这里，我们考虑一种可能的机制，加速质子的高能量，通过使用相位调制的圆极化电磁波沿恒定磁场传播。据观察，一个平面波与无量纲振幅为0.1是能够加速1千电子伏质子386兆电子伏在最佳条件下。最后，我们讨论可能的限制的加速计划。
2012-03-01 physics.acc-ph
Emittance Growth Due to Multiple Coulomb Scattering in a Linear Collider Based on Plasma Wakefield Acceleration
替代加速技术目前正在开发中，以实现具有成本效益、坚固、紧凑和高效的解决方案。其中一种技术是等离子体尾场加速，由带电粒子或激光束驱动。但是，必须详细研究潜在的问题。本文推导了见证光束在气体介质中弹性散射时的发射度增长。该模型与数值研究进行了比较。
2014-05-12 physics.acc-ph
Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas
提出了激光等离子体中负离子加速的库仑内爆机制。当强激光脉冲辐照团簇靶时，带正电的离子发生库仑爆炸，带负电的离子被向内加速。负离子的最大能量比正离子低几倍。对库仑内爆机制进行了理论描述和Particle-in-Cell模拟，并给出了强激光脉冲与团簇靶相互作用实验中负离子加速的证据。
2008-12-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spectrum of Radiation from Rough Surfaces
研究了带电粒子在粗糙表面上的辐射。光谱角强度计算在弱散射制度。结果表明，对辐射强度的主要贡献是由表面电荷诱导的极化激元的多次散射决定的。多次散射效应导致辐射强度的强烈频率依赖性。在光束和表面诊断可能的应用进行了讨论。
2011-08-03 cond-mat.dis-nn physics.acc-ph
Relativistic quantum mechanics of charged vortex particles accelerated in a uniform electric field
本文建立了均匀电场中加速的带电涡旋光束的相对论量子力学描述，严格推导了稳态波函数，发现并解释了光束横向扩散被异常抑制的效应，证明涡旋束可在不破坏涡旋性质下加速，为高能涡旋束应用奠定基础。
2025-06-23 physics.acc-ph
Demonstration of sub-luminal propagation of single-cycle terahertz pulses for particle acceleration
在自由空间中，电磁波的亚光速相速度通常是无法获得的，这与被禁止的快于光的群速度密切相关。在激光驱动粒子加速方案中，对有效亚光速相速度的要求对自由空间中可实现的总加速施加了基本限制，并且需要使用介电结构和波导来扩展场-粒子相互作用。在这里，我们展示了一个新的旅行源和自由空间传播的方法，以克服亚光速传播的限制。该方法利用了相对容易的产生超快光源与慢群速度传播，并通过材料真空边界附近的非线性光学相互作用的组到相位的前端转换。该概念证明了两个太赫兹产生过程，非线性光学整流和电流浪涌整流。的相速度是可调的，以上和以下的真空光速$c$，我们报告的纵向偏振电场之间传播的测量$0.77c$和$1.75c$。证明了扩展到多MV/m场强的能力。我们的方法铺平了道路，实现廉价和紧凑的粒子加速器与前所未有的飞秒尺度的粒子控制。
2016-09-08 physics.acc-ph physics.optics
Self consistent thermal wave model description of the transverse dynamics for relativistic charged particle beams in magnetoactive plasmas
利用热波模型，在长束流极限下，利用非局域NLS方程和维里方程，研究了强磁化等离子体与沿外磁场运动的相对论电子/正电子束之间的强自洽尾流场相互作用（横向效应）。在线性状态下，预测的旋涡特征在于非零轨道角动量（涡旋电荷）的拉盖尔-高斯光束。在非线性区，崩溃和稳定振荡的标准建立和薄等离子体透镜机制进行了研究，光束尺寸远大于等离子体波长。利用非局域非线性薛定谔方程的无像差解，预测了光束尺寸远小于等离子体波长时的压缩和自箍缩平衡。
2011-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable bunch trains for plasma wakefield acceleration
只有当所有的带电粒子束都处于尾流场的聚焦和减速阶段时，一串短的带电粒子束训练才能有效地驱动强等离子体尾流场通过长的传播距离。这是可能的等距束列，但需要束电荷增加沿训练和等离子体频率高于束重复频率。
2017-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Relativistic beam loading, recoil-reduction, and residual-wake acceleration with a covariant retarded-potential integrator
本文提出一种基于协变推迟势积分器的相对论带电粒子追踪算法，可增强粒子加速并减少结构反冲，结合导电斩波器使DLA能量增益提升两倍。
2024-09-19 physics.acc-ph physics.comp-ph
Acceleration toward polarization singularity inspired by relativistic ExB drift
受洛伦兹力驱动的带电粒子的相对论运动轨迹与经典运动轨迹不同，存在速度依赖的相对论加速度项。在这里，我们表明，光学偏振态附近的偏振奇异性的演变可以描述类似的带电粒子的相对论动力学。一个相变宇称时间对称的潜力，然后解释在电场和磁场的“伪”场之间的竞争施加到极化状态。基于这种洛伦兹赝力表象，我们揭示了零洛伦兹赝力是最近报道的在例外点处强极化收敛到奇异态的起源。我们还展示了确定性的设计的非手性和方向的本征态在例外的点，允许一个异常的线性偏振器，其操作正交的向前和向后波。我们的研究结果连接宇称时间对称性和相对论电动力学表明，以前的PT对称电位的偏振奇异性与手征本征态的ExB的“偏振”漂移的光学电位的子集。
2016-11-28 physics.acc-ph physics.optics
A Threshold for Laser-Driven Linear Particle Acceleration in Unbounded Vacuum
我们假设，只有当加速场能够使粒子在相互作用期间在其初始静止坐标系中达到相对论能量时，无限真空中的带电粒子才能被传播电磁波的电场中的线性力实质上加速。因此，我们推导出一个一般公式的加速阈值的计划，并支持我们的结论与数值模拟的结果在很宽的参数范围内，不同种类的脉冲激光束。
2013-11-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
New Cyclotron Resonances
本文讨论了在恒定磁场存在下，带电粒子与平面电磁波场发生有效相互作用，特别是加速的可能性和条件。结果表明，众所周知的回旋共振的条件需要推广。本文提出了带电粒子共振相互作用的新条件，它不仅包括外磁场的强度（如回旋共振的已知条件），而且还包括波的场强。长处.结果表明，新的共振条件开辟了新的可能性，有效的粒子加速。
2020-03-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Evolution of the accelerated charged vortex particle in an inhomogeneous magnetic lens
该研究分析带电涡旋粒子在非均匀轴对称电磁透镜中的俘获与加速，给出波包传输条件及 Laguerre-Gaussian 波包到 Landau 态的保持机制。
2022-07-21 physics.acc-ph physics.optics quant-ph
Laser acceleration of ion beams
我们考虑带电粒子加速的方法，通过高强度激光。作为一个应用，我们讨论了激光助推器提供的重离子束，例如由杜布纳nuclotron。简单的估计表明，交叉激光束的级联将是必要的，以提供额外的加速金离子的数量级的GeV/核子。
2007-02-01 nucl-th physics.acc-ph physics.optics
Exploring ultra-high-intensity wakefields in carbon nanotube arrays: an effective plasma-density approach
近年来，使用固态纳米结构的带电粒子加速作为在TV/m域中实现超高梯度加速的方法引起了人们的注意。更具体地说，金属中空纳米结构可以适用于通过激光或高强度带电粒子束在高密度固态等离子体中激发尾场来加速粒子。例如，由于其特殊的通道特性以及光电和热机械特性，碳纳米管可能是用于此目的的优异介质。本文研究了使用碳纳米管阵列产生超高梯度加速度的可行性，在二维轴对称准3D几何形状中进行的常规粒子模拟中，将碳纳米管阵列建模为固态等离子体。详细讨论了不同固体结构参数对束流驱动等离子体尾场的影响。此外，通过采用一种有效的等离子体密度的方法，现有的解析表达式，最初推导出均匀等离子体，可以用来描述尾场驱动周期性非均匀等离子体。
2023-03-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield acceleration of self-injected bunch in a conical plasma channels
针对激光尾场加速中自注入粒子束因超驱动速度移出最大加速相位的问题，提出采用锥形渐变通道通过缩小气泡尺寸同步束与尾波相位，所得相关参数变化关系可为后续研究提供参考。
2025-09-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiation reaction on a classical charged particle: a modified form of the equation of motion
我们提出并数值求解了带电粒子在外力作用下的运动运动方程的修正形式，同时考虑了辐射反应。这个协变方程是积分微分方程，如Dirac-Röhrlich的，但有几个技术上的改进。首先，方程具有牛顿第二定律的形式，加速度孤立在左手边，力只取决于位置和速度：因此，方程在最高导数处是线性的。第二，总的四个力是通过垂直于四个速度的构造。第三，如果外力在所有未来时间都为零，那么合力和加速度在当前时间自动为零。我们通过数值求解几个外力的例子来说明这个方程的优点。
2013-09-24 hep-ph physics.acc-ph physics.class-ph
Light-front approach to relativistic electrodynamics
该研究提出光前方法，以光样坐标替代时间简化相对论电动力学，适用于真空和等离子体中极端加速场景，如弹弓效应和激光尾场加速。
2020-12-13 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
