Quantum, spin and QED effects in plasmas
等离子体通常用经典方程描述。虽然这通常是一个很好的近似，但在某些情况下，量子描述是有动机的。在本文中，我们将包括几个量子效应，范围从粒子色散，提高了所谓的玻姆势，自旋效应，量子电动力学效应。当场强接近施温格临界场时，后者的影响出现，这可能发生在例如天体物理系统中。将介绍如何模拟这种量子效应的例子，并讨论这些模型产生的现象。
2008-04-02 physics.plasm-ph
Creating pair plasmas with observable collective effects
本文探讨了利用高能电子束与强激光脉冲对撞产生高密度电子对等离子体以观测集体效应，并确定了实现可观测QED等离子体的最小参数。
2024-02-12 physics.plasm-ph
Detecting Quantum Stochastic Effects in Radiation Reaction via Laser-Produced Surface QED Plasmas
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
提出用超强激光照射V形等离子体腔，通过表面波与电子束碰撞触发辐射反作用，利用三维PIC模拟发现量子随机模型在偏转电子束中保留高能成分，形成可观测的角谱特征。
2026-06-28 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
Numerical Modeling of Radiation-Dominated and QED-Strong Regimes of Laser-Plasma Interaction
超强激光脉冲可以如此强烈，以至于聚焦光束中的电子由于伽马光子发射而损失大量能量，同时其运动通过辐射反向反应而偏离。本文综述了辐射主导和QED强激光等离子体相互作用的数值模拟方法和工具。
2011-02-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma modes in QED super-strong magnetic fields of magnetars and laser plasmas
Institute for Advanced Study, School for Natural Sciences, Princeton（普林斯顿高等研究院自然科学学院）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体物理科学系）；Department of Physics and Astronomy, University of Kansas（堪萨斯大学物理与天文系）；Laboratory for Nuclear Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院核科学实验室）
本文提出QED等离子体框架，研究强磁场下等离子体模式，揭示QED效应如何修改色散曲线及共振特性，为磁星和实验室实验提供理论支持。
2024-06-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Eigenmodes in an ultra-relativistic ultra-magnetized pair QED-plasma
University of Kansas（堪萨斯大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究超强磁场和相对论温度对超相对论电子-正电子等离子体（电荷中性及非中性）中正常等离子体模式的联合修正，发现等离子体频率截止降低导致相对论和场致透明，以及电磁波折射率的温度无关修正。
2026-06-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetic reconnection: from MHD to QED
本文探讨了利用激光等离子体研究磁场线重联和带电粒子加速的新制度的前景。通过分析磁流体动力学方程和电子磁流体动力学方程的精确自相似解，讨论了与等离子体中电流片形成有关的三维结构中等离子体动力学的基本特征。在此基础上，研究了在超相对论极限下，当多束激光脉冲在无碰撞等离子体中产生极性相反的磁场时，在位移电流占主导地位的情况下，产生的大尺度强电场的磁场湮灭问题。该场导致磁能转换成薄电流片内加速粒子的动能。讨论了当辐射摩擦和量子电动力学效应占主导地位时，磁场重联过程中带电粒子的加速问题。
2016-10-12 physics.plasm-ph
Plasma Physics in Strong Field Regimes
在强电磁场中，新的等离子体现象和应用不断出现，其建模需要解析理论和数值方法，我将在这篇论文中发展。基于我对经典等离子体模型的新结果，强磁场在激光-等离子体相互作用中的作用现在可以理解了。此外，基于我新的等离子体量子电动力学（QED）模型，现在可以理解天体物理环境中的强场QED效应，并在实验室环境中进行测试。
2018-08-17 physics.plasm-ph
Radiation back-reaction in relativistically strong and QED-strong laser fields
分析了相对论强激光脉冲场中电子的辐射。在脉冲强度为\ge 10^{22} W/cm ^2时，只要电子能量足够高：E \ge 1 GeV，反向传播电子的发射就会受到量子电动力学（QED）效应的影响。首次从QED原理导出了电子所受的辐射力，并将其适用范围向QED强场扩展。
2009-10-22 physics.class-ph physics.plasm-ph
Thermal reaction processes in a relativistic QED plasma drop
在给定的能量含量下，研究了热平衡和化学平衡的$e^+e^-γ$等离子体液滴的平衡尺寸和温度极限。要使等离子体达到平衡，它必须对电子和光子的相互作用不透明。通过比较等离子体尺寸与平均自由电子和光子路径来确定不透明条件。我们计算这些路径使用热洛伦兹不变的反应速率对生产和电子（正电子）和光子散射。相应的等离子体温度和大小的范围进行了数值计算。考虑到能量和尺寸，我们发现不透明和平衡的等离子体液滴是可以实验实现的。
2010-03-01 hep-th physics.plasm-ph
Short wavelength electromagnetic propagation in magnetized quantum plasmas
研究了非相对论量子等离子体中等离子体波传播的量子电动力学（QED）短波长修正。导出了热多组分量子等离子体的一般色散关系。研究发现，通过简单地替换热速度和等离子体频率，任何波模的经典色散关系都可以被修改为包括量子和短波长QED效应。此外，色散关系已被修改，以包括强磁场的QED效应。结果表明，强磁场和短波长QED校正将在真空和其他非色散等离子体模式中引起色散。实验室和天体物理系统的应用进行了讨论。
2007-03-14 hep-ph physics.plasm-ph
Short wavelength quantum electrodynamical correction to cold plasma-wave propagation
研究了短波量子电动力学（QED）修正对等离子体波传播的影响。研究了磁化和未磁化等离子体中的等离子体振荡和电磁波的影响。短波QED修正对等离子体振荡和非寻常模的影响最为显著。特别是，QED校正允许等离子体振荡传播，并且异常模式失去了它的阻带。我们的结果的意义进行了讨论。
2006-08-16 hep-ph physics.plasm-ph
YUNIC: A Multi-Dimensional Particle-In-Cell Code for Laser-Plasma Interaction
为了模拟激光与等离子体的相互作用，我们开发了一个并行的、多维的、完全相对论的粒子模拟程序YUNIC。介绍了该系统的核心算法，包括场求解器、粒子推进器、场插值和电流插值。除了等离子体中经典的电磁相互作用外，我们还利用Monte-Carlo方法实现了非线性Compton散射和非线性Breit-Wheeler对的产生来研究量子电动力学（QED）过程。通过几个典型的案例，我们将YUNIC与理论和其他PIC代码进行了比较。YUNIC可以应用于各种物理场景，从相对论激光等离子体相互作用到天体物理等离子体和强场QED物理。
2021-04-01 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
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
Electromagnetic field solver for QED polarization in super-strong magnetic fields of magnetar and laser plasmas
本文提出了首个在Schwinger极限外有效的电磁场求解器，通过非线性Maxwell方程建模超强磁场中的QED真空极化，并验证了其对电磁波双折射效应的准确再现，可广泛应用于多种动理学模拟。
2025-07-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Simulations of spin/polarization-resolved laser-plasma interactions in the nonlinear QED regime
该研究在PIC代码中实现自旋/极化分辨的SF-QED过程，构建新理论平台，以研究超强激光与物质相互作用中的强场物理。
2023-07-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Non-Fermi liquid behavior of the drag and diffusion coefficients in QED plasma
我们计算了低温QED等离子体中的阻力系数和扩散系数，并超越了首阶近似。这些系数的非费米液体行为被清楚地揭示。我们观察到，在这两种情况下，由于软横向光子交换的次领先的贡献大于来自纵向扇区的领先的订单条款。结果在零和低温下以封闭形式呈现。
2011-10-20 astro-ph.HE cond-mat.other hep-ph
On the Relativistic Quantum Plasma
近年来，人们对相对论量子等离子体的兴趣日益增加，主要是为了了解等离子体行为及其性质的基本原理。用于研究这些等离子体的数学模型仍然需要成熟。特别地，利用相对论电子的Klein-Gordon方程和Dirac方程模拟了相对论量子电子离子等离子体。然而，这些等离子体的不同性质的研究没有反粒子。我们注意到，为了保持因果关系，相对论量子等离子体必须包含反粒子的相对论动力学成分的等离子体。
2012-11-12 physics.plasm-ph
Generation of Polarized Overdense Pair-photon Fireball via Laser-Driven Nonlinear-linear QED Cascade
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；China Institute of Atomic Energy（中国原子能科学研究院）
本文提出一种利用激光驱动非线性-线性量子电动力学级联生成极化过密电子-光子火球的方法，该方法显著降低了实验室中生成密集火球所需的激光强度阈值，实现了高极化和准中性火球的生成。
2026-07-07 physics.plasm-ph
Brilliant GeV Gamma-ray flash from Inverse Compton Scattering in QED Regime
提出了一种研究量子电动力学（QED）体系中激光-等离子体逆康普顿散射非相干光子发射的全光学方案。提出了一个理论模型，解释了辐射反应俘获、自生磁场和螺旋吸引子在相空间中的耦合作用，保证了能量和角动量从电磁场向粒子的转化.利用一个前瞻性的$\sim$ 10 $^{23}$ W/cm $^{2}$激光设备，三维粒子在细胞（PIC）模拟表明，目前的伽马射线闪光具有前所未有的功率数拍瓦（PW）和亮度为1.7 $\times$ 10 $^{23}$光子/s/mm $^2$ /mrad $^2$ /0.1 $\%$带宽（在1 GeV）。这些结果预示着粒子物理和实验室天体物理在探索激光等离子体相互作用时的新的研究方向。
2018-01-22 physics.plasm-ph
Relativistic three-body recombination with the QED vacuum
研究了当存在第二个自由电子时，电子-正电子对湮灭成单个光子的情况。在相对论体系中，我们证明了三轻子相互作用中发射的光子可能具有不同的角分布和偏振特性。此外，在几兆电子伏温度的相对论性电子-正电子等离子体中，该过程可以支配双光子湮没。与电子与离子的三体复合的类比。
2011-05-02 hep-ph physics.atom-ph physics.plasm-ph
QED Plasma and Magnetars
磁星被扩散的等离子体包围，其磁场强度远高于量子电动力学临界值。我们使用有效场论参数推导出这种等离子体的“量子无力电动力学”方程。我们认为，量子效应不修改磁层的大尺度结构，特别是自旋下降率不偏离经典的结果显着。我们提供了明确的演化方程，可用于探索潜在的重要的小尺度修正，如冲击波的形成，这已被提出作为一种机制，从磁星的爆发和静态发射。
2015-04-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Kinetic theory of QED plasma in a strong electromagnetic field I. The covariant hyperplane formalism
本文发展了一种协变密度矩阵方法来研究强外电磁场作用下QED等离子体的动力学理论。在闵可夫斯基空间的类空超平面上的系统的正则量子化和库仑规范的协变推广。与平均电磁场相关联的凝聚模式是从光子自由度分离的时间依赖的幺正变换的两个，动力学变量和非平衡统计算子。因此，即使在强外场的情况下，关联函数和统计算子的精细结构常数的微扰展开也是适用的。本文提出了一种用超平面形式推导动力学方程的一般方法。
2001-06-01 hep-th physics.plasm-ph quant-ph
On the Raman Instability in Degenerate Relativistic Plasmas
应用相对论流体力学方程和麦克斯韦方程组研究了完全简并电子等离子体中的受激喇曼散射不稳定性。我们证明了弱相对论性简并等离子体以及强相对论性简并等离子体的不稳定性发展。结果表明，在强辐射场中，相对论简并等离子体的响应与弱简并等离子体的响应相同。
2017-06-19 physics.plasm-ph
Standing Electromagnetic Solitons in Degenerate Relativistic Plasmas
利用相对论流体力学和麦克斯韦方程组研究了完全简并的过密电子等离子体中高频电磁孤立子的存在性。在相对论和非相对论简并等离子体中均发现了稳定的孤子解。
2015-04-16 physics.plasm-ph
A Fully Spin and Polarization Resolved Strong Field QED Algorithm for Particle-in-Cell Codes
针对超强激光等离子体相互作用中的非线性相对论量子现象，本文在OSIRIS框架中开发并验证了纳入自旋和偏振分辨QED过程的QED-PIC扩展，以推进相关现象研究。
2025-11-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic theory of QED plasmas in a strong electromagnetic field. II. The mean-field description
本文从广义相对论动力学方程出发，采用协变密度矩阵方法导出了强外场中QED等离子体的费米子自洽平均场方程。一个薛定谔图片制定类空超平面。分布函数的演化由在旋量空间中分解的单粒子规范不变的4x4维格纳矩阵描述。相应的维格纳分量的耦合系统的方程得到。极化电流用维格纳函数表示。遵守电荷守恒。在Wigner分量的准经典极限下，得到了一个相对论性的Vlasov方程，它是以不变的形式表示的，即与超平面无关的形式。
2001-06-01 hep-th physics.plasm-ph quant-ph
QED Plasma at Finite Temperature up to Two Loops
本文研究了高温下两圈能级的量子电动力学（QED）真空极化张量及其对介质电磁性质的影响。在低温（T $\leq 10^{10}K$）下，对QED耦合的单圈修正消失，但在高温（T $\geq 10^{10}$ K）下，单圈修正对研究QED介质的行为起着重要作用。在低温下（$T \leq m_e$），由于辐射与物质的耦合，高阶环给出了微小的校正，热光子环与冷费米子环的重叠有助于这种效应。这些较高的环路贡献并不影响微扰级数的收敛性，并且在中微子退耦附近的温度下保证了QED的重整化性。我们利用有限温度下量子电动力学的重整化方案，研究了在这种介质中动态产生的光子质量，这表明了等离子体激元的产生。讨论了这种QED等离子体参数的温度依赖性。我们明确表明，这种行为的热介质存在高达几兆电子伏的温度。我们比较了一阶和二阶效应高达4MeV的温度，并证明了高阶的贡献小于低阶的贡献，证明了理论的重整化。最低阶贡献也比原始值小得多。
2018-08-30 astro-ph.HE hep-ph physics.plasm-ph
Pair filamentation and laser scattering in beam-driven QED cascades
本研究在束流驱动QED级联中观测到电子-正电子对等离子体的纵向丝化，指出其由激光有质动力而非双流或Weibel不稳定性引起，并表明该丝化会导致激光能量向大角度强烈散射，是集体QED等离子体动力学的标志。
2024-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
QED cross sections in strong magnetic fields
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；University of Turku（图尔库大学）
本文研究强磁场中量子电动力学散射过程，采用新方法系统分析树级散射过程，为磁星等强磁场环境的等离子体动力学提供理论支持。
2026-03-26 astro-ph.HE hep-ph 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
Self-triggered strong-field QED collisions in laser-plasma interaction
提出利用单个激光脉冲在等离子体中自聚焦并反射后与电子碰撞的新方案，实现强场QED深量子区域并产生约40 pC正电子。
2024-08-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Birefringence in thermally anisotropic relativistic plasmas and its impact on laser-plasma interactions
在相对论强度下，激光与等离子体相互作用所引发的范式转换现象之一就是所谓的相对论透明现象。当电子被激光加热到相对论能量时，等离子体变得对激光透明，即使在非相对论情况下等离子体密度足够高以反射激光脉冲。本文重点介绍了相对论透明性对激光-物质相互作用的影响，重点是与相对论透明性的发生有关的集体现象：热各向异性相对论等离子体中的等离子体双折射。这种系统的光学特性取决于光的偏振，这可以作为基于等离子体的光学器件或新诊断能力的基础。
2020-06-12 physics.optics physics.plasm-ph
Field Theoretic Description of Ultrarelativistic Electron-Positron Plasmas
超相对论性电子-正电子等离子体可以在强激光场中产生，并在各种天体物理情况下发挥作用。它们的性质可以在有限温度下用QED计算。在这里，我们将使用微扰QED在有限温度下计算各种重要的性质，如状态方程，光子和电子的集体等离子体模式的色散关系，德拜屏蔽，阻尼率，平均自由程，碰撞时间，输运系数，和粒子产生率，超相对论电子-正电子等离子体。特别是，我们将集中在电子-正电子等离子体产生的超强激光。
2009-07-06 astro-ph hep-ph nucl-th
Monte Carlo sampling of first-order QED processes in laser and pulsar plasmas
University of Helsinki（赫尔辛基大学）
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。
2026-09-25 astro-ph.HE hep-ph physics.comp-ph
