Electron-positron Pair Creation by Counterpropagating Laser Pulses: Role of Carrier Envelope phase
研究了载波包络相位对超短脉冲激光产生的电子-正电子对时空分布的影响。当激光脉冲为线偏振时，双光子对的时间分布对CEP敏感。另一方面，它被发现在很大程度上是圆偏振脉冲的CEP不敏感。
2017-07-17 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
Production and dynamics of positrons in ultrahigh intensity laser-foil interactions
本文研究了当激光强度大于$10^{24}$ W cm $^{-2}$时，圆偏振激光脉冲与金属箔相互作用产生的正负电子对。激光能量由于相对论性打孔效应而穿透到薄膜中。结果表明，电子-正电子等离子体是在入射激光和反射激光的作用下量子电动力学级联的结果。入射和反射的激光在钻孔前的参考系中形成圆偏振驻波，在波的波节和波腹附近形成电子对密度峰值。建立了一个基于粒子动力学的磁节点附近辐射反应模型。通过3D PIC-MC模拟验证了模型预测。
2016-06-27 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
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
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
Comoving acceleration of overdense electron-positron plasma by colliding ultra-intense laser pulses
本文介绍了用粒子模拟方法（PIC）对电子-正电子等离子体（e+e-）在同向电磁脉冲作用下的持续加速过程的模拟结果。用线偏振超短激光脉冲从两侧照射过密e ~+e ~-等离子体薄板时，当等离子体被压缩到小于~ 2相对论趋肤深度时，脉冲被透射。一小部分等离子体然后被捕获，并有效地加速自诱导JxB力。对于1微米激光和1021 Wcm-2的强度，最大能量在皮秒内超过GeV。
2006-03-17 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
Positron acceleration in plasma waves driven by non-neutral fireball beams
本研究提出一种基于非中性火球束（驱动束与正电子束空间重叠）的正电子加速方案，束流自洽演化形成空心驱动束和轴向聚焦正电子束以驱动等离子体波，为基于等离子体的轻子对撞机提供了新路径。
2023-09-10 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
Collimated GeV attosecond electron-positron bunches from a plasma channel driven by 10 PW lasers
高能正电子和明亮的γ射线源在基础研究和实际应用中都是独一无二的。然而，GeV电子-正电子对喷流和γ射线闪光在实验室中仍然很难产生。在这里，我们证明，通过两个10 PW尺度的激光脉冲照射到近临界密度等离子体通道，高定向GeV的电子-正电子对和明亮的γ射线束可以有效地产生。三维粒子模拟表明，GeV正电子喷流具有高密度（8*10^21/cm ^3）、阿秒持续时间（400 as）和14°的发散角。此外，还发射了超亮（2*10^25光子/s/mm 2/mrad 2/0.1%BW）准直阿秒（370 as）γ射线闪光，激光能量转换效率为5.6%。一旦在实验中实现，它可能会为各种各样的应用开辟新的可能性。
2018-08-01 physics.plasm-ph
Electron-positron pair generation using a single kJ-class laser pulse in a foam-reflector setup
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
利用单个kJ级激光脉冲在泡沫反射器中产生电子-正电子对，通过粒子-细胞模拟研究激光与泡沫相互作用对对产生效率的影响。
2025-12-18 physics.plasm-ph
A New Injection and Acceleration Scheme of Positrons in the Laser-Plasma Bubble Regime
提出了一种在激光驱动等离子体尾场中实现正电子注入和加速的新方法。理论模型的开发和验证，通过PIC模拟。一束环形光束和一束同轴传输的高斯光束在充满电子和正电子的预成型等离子体体积中驱动尾场。利用激光的有质动力和第一泡前桶的电荷分离力提供注入正电子的横动量，这些正电子被聚焦场捕获，然后被尾流场加速。模拟结果表明，可以获得相对高电荷量的准单能正电子束流。
2019-12-08 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
The high density $γ$-ray emission and dense positron production via multi-lasers driven circular target
利用量子电动力学的二维粒子模拟方法，提出了一种改进$γ$射线发射和电子对产生的类金刚石碳圆形靶，激光强度为$8\times 10^{22} ~\mathrm{W/cm^2}$。结果表明，当两束圆偏振激光相互碰撞时，圆形靶比平面靶能显著提高$γ$光子的密度。通过多束激光照射圆形靶，激光光阱可以阻止被激光辐射压加速的高能电子逃逸。因此，通过非线性康普顿背散射获得了作为$5164 n_c$ $γ$ -光子的高密度。同时，通过多光子Breit-Wheeler过程获得了平均能量为$230 ~\mathrm{MeV}$的$2.7 \times 10^{11}$正电子.这种超亮$γ$射线源和致密正电子源可用于许多应用。文中还详细讨论了最佳目标半径和激光失配偏差参数。
2018-12-04 physics.plasm-ph
Optimal laser focusing for positron production in laser-electron scattering
旨在产生电子-正电子对的激光-电子束碰撞需要激光强度$I \gtrsim 10^{21} ~\textrm{W/cm}^2$，其可以通过将1-PW光学激光聚焦到小于10 $~μ$ m的光斑来获得。空间同步是一个挑战，因为坡印廷不稳定性，可以是一个相互作用的电子束（如果激光产生）和散射激光的关注。克服这个问题的一个策略是使用来自加速器的电子束（例如计划在FACET-II进行的E-320实验）。即使使用稳定的加速器光束，平面波近似也过于简单，无法描述激光-电子散射。这项工作扩展了对生产的分析标度律，以前推导的情况下，平面波和短电子束。我们考虑聚焦的激光束与不同形状和大小的电子束碰撞。结果考虑了相互作用的时空同步性，可推广到任意形状的光束，并为近期的实验提供了优化策略。
2021-06-03 physics.plasm-ph
Generation of High-Density High-Polarization Positrons via Single-Shot Strong Laser-Foil Interaction
本文提出一种通过单次强激光与倾斜固体箔相互作用产生高密度高极化正电子的新方法，利用自生准静态磁场和非线性Breit-Wheeler过程实现正电子极化，极化度约70%，产量超0.1 nC/发，具有重要物理应用前景。
2023-10-26 physics.plasm-ph
Preferential acceleration of positrons by a filamentation instability between an electron-proton beam and a pair plasma beam
用粒子模拟方法模拟了环境中电子-质子等离子体中电子和正电子的无碰撞喷流，发现正电子加速是以电子动能为代价的。喷流内的主要不稳定性是电子、质子和正电子之间的成丝不稳定性。在这项工作中，我们表明，一个平行不稳定性，一个最初未磁化的环境中的电子-质子等离子体之间的休息和一束对等离子体，通过它在非相对论速度移动，确实导致优先正电子加速。丝状体主要由与其电流矢量方向相同的粒子填充。正电子丝被电磁场与束电子丝分开。一些粒子可以穿过场边界进入另一种粒子的细丝。正电子丝可以通过收集周围等离子体的电子来中和它们的净电荷，而质子不能轻易地跟随束电子丝。正电子丝因此可以被压缩到比束电子丝更高的密度和温度。在不稳定性的指数增长阶段结束后发生的细丝合并导致束电子细丝的膨胀，这放大了它们产生的磁场并在该细丝中感应出电场。射束电子将其动能的相当大部分损失到电场。束流电子丝中的某些正电子被感应电场加速到几乎是其初始速度的两倍。模拟结果表明，在正电子丝中感应出较弱的电场，粒子在该丝中的速度几乎不变。
2020-11-01 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
Multi-GeV electron-positron beam generation from laser-electron scattering
新一代激光设备预计将提供峰值功率为10 - 100 PW的短（10 fs - 100 fs）激光脉冲。这为在实验室中以极端强度研究物质提供了机会，并提供了接触新物理学的途径。在这里，我们提出了散射GeV级电子束从激光等离子体加速器与多PW激光垂直入射。在这种配置中，人们可以创建和加速电子-正电子对。新粒子在激光焦点中产生，并在激光传播方向上获得相对论动量。短焦距是一个优点，因为它允许粒子在真空中以净能量增益从焦点区域射出。在此设置中获得的电子-正电子束具有低的发散度，是准中性的和空间上分离的初始电子束。该对获得多个GeV的能量，不受初始电子束的最大能量的限制。我们提出了一个分析模型的预期能量截止，支持二维和三维粒子在细胞模拟。实验的影响，如时间同步和激光持续时间的敏感性进行了评估，为未来的实验提供指导。
2017-10-19 physics.plasm-ph
Dense Electron-Positron Plasmas and Ultra-Intense Bursts of Gamma-Rays from Laser-Irradiated Solids
在模拟10 PW激光撞击固体的过程中，我们证明了产生纯电子-正电子等离子体的可能性，这些过程与那些被认为在高能天体物理环境中运行的过程相同。最大正电子密度达到10^26/m^3，比之前的实验高出7个数量级。此外，35%的激光能量被转换成强度为10^22 W/cm ^2的伽马射线爆发，这可能是实验室中最强的伽马射线源。这种吸收导致在新的“QED-等离子体”机制中，电子对和伽马射线产生与经典等离子体物理之间的强反馈。
2012-06-06 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
Dense electron-positron plasmas and bursts of gamma-rays from laser-generated QED plasmas
在模拟12.5PW激光（聚焦强度I = 4x10^23W/cm^2）撞击固体铝靶的过程中，10%的激光能量转化为伽马射线。产生了密度最大为10^26/m^3的稠密电子-正电子等离子体，比1 PW激光产生的纯电子-电子+等离子体密度高7个数量级。当激光功率增加到320 PW（I = 10^25W/cm ^2）时，40%的激光能量转化为γ射线光子，10%转化为电子-正电子对。在这两种情况下，量子电动力学发射过程和等离子体物理之间都有很强的反馈;在这些相互作用中达到了新的“量子电动力学-等离子体”制度的定义特征。
2013-04-19 physics.plasm-ph
Positron acceleration by plasma wake fields driven by a hollow electron beam
研究了利用空心或圆环形电子驱动束产生正电子尾流场的方案。环形的无电子区域围绕中空驱动器束形成，从而产生用于正电子加速的有利区域（纵向场加速，横向场聚焦并且径向线性）。10 GV/m的数量级的加速梯度产生的空心电子束驱动器与FACET一样的参数。峰值加速场随着束驱动器中的总电荷线性增加，而有利区域（$\sim$一个等离子体波长）的轴向尺寸保持近似固定。径向尺寸随着总电荷而下降，但仍然足够大以放置见证正电子束。我们模拟了一个有效的加速23 GeV的正电子束到35.4 GeV的最大能量扩展为0.4%，非常小的发射度超过140厘米的等离子体长度。
2014-10-31 physics.plasm-ph
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
Driving positron beam acceleration with coherent transition radiation
等离子体尾场中的正电子加速面临着重大挑战，因为正电子束必须预先产生并精确耦合到尾场中，最关键的是，受到散焦问题的困扰。在这里，我们提出了一个计划，利用激光驱动的电子产生，注入和加速正电子在一个单一的设置。尾流场加速产生的高电荷电子束通过Bethe-Heitler过程产生大量的电子-正电子对，然后由于电子从金属箔中出射而产生巨大的相干跃迁辐射。模拟结果表明，相干跃迁辐射场可达10 GVm-1，捕获并加速的正电子截止能量为1.5GeV，能量峰值为500 MeV，能量扩展约为24.3%。在加速过程中，还施加30 T的外部纵向磁场以引导电子和正电子。该方法为获得GeV快正电子源提供了一种很有前途的方法。
2020-11-12 physics.plasm-ph
Effective production of gammas, positrons, and photonuclear particles from optimized electron acceleration by short laser pulses in low-density targets
电子加速已被优化的基础上的3D PIC模拟的短激光脉冲与低密度等离子体靶相互作用，以找到脉冲传播制度，最大限度地提高高能量电子束团的电荷。这种机制对应于激光脉冲在自陷模中的传播，其中衍射发散由相对论非线性平衡，使得在轴上的相对论自聚焦不会发生，并且激光束半径在等离子体中的脉冲传播期间在许多瑞利长度上保持不变。如果脉冲长度大大超过等离子体波长和脉冲宽度两者，则对于近临界密度发生这样的制度。电子加速发生在充满高频激光场和纵向静电单循环场的移动腔中（“自陷区”）。蒙特卡罗模拟证明了高电子产额，可以有效地产生伽马辐射，电子-正电子对，中子，甚至π介子从捕捉器目标。
2019-09-13 physics.plasm-ph
Electron-Positron Plasma Drop Formed by Ultra-Intense Laser Pulses
研究了强激光脉冲形成的电子-正电子等离子体小液滴的初始性质和正电子湮灭。这种QED级联引发的等离子体通常远低于化学（粒子产率）平衡。我们发现，可用的电子和正电子平衡动力学，但尽管相对较高的粒子密度，电子正电子湮没是非常缓慢的，这表明一个相当长的寿命的等离子体下降。
2012-04-25 hep-ph physics.plasm-ph
Efficient ion acceleration and dense electron-positron plasma creation in ultra-high intensity laser-solid interactions
下一代超高强度（$>10^{23}$ W/cm $^{2}$）激光器的辐射压力可以有效地将离子加速到GeV能量。然而，非线性量子电动力学效应在这些激光脉冲与物质的相互作用中起着重要的作用。在这里，我们表明，这些影响可能会导致产生一个非常密集的（$\sim10^{24}$ cm $^{-3}$）对等离子体吸收激光脉冲，从而减少加速离子的能量和能量转换效率分别高达30- 50%和50- 65%。因此，我们确定的制度，激光物质相互作用的离子被有效地加速或致密的对等离子体作为指导，为未来的实验。
2018-03-27 physics.plasm-ph
High-charge, highly polarized positron beams generated from a laser-driven nanowire-array target
Beijing Normal University（北京师范大学）；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Northwest Normal University（西北师范大学）
该研究通过二维自旋分辨QED-PIC模拟，发现激光与纳米线阵列靶相互作用可产生高电荷（约308 nC）且平均极化度约0.46的正电子束，为强场QED和自旋相关现象研究提供新途径。
2026-09-10 physics.plasm-ph
Dense polarized positrons from beam-solid interactions
针对稠密极化正电子制备难题，提出相对论高密度电子束轰击固体靶的方法，利用靶面兆特斯拉级非对称准静态磁场的辐射自旋翻转与多光子效应，通过三维粒子模拟验证得到极化度超40%、纳库仑级电荷量的多GeV稠密极化正电子束，为强场QED研究与高能极化正电子源发展提供新路径。
2024-05-21 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
Generation of high-energy electron-positron beams in the collision of a laser-accelerated electron beam and a multi-petawatt laser
在未来的高功率激光设施上，通过尾场加速的GeV电子与具有$10^{22}$ - $10^{23}$ $\mathrm{Wcm}^{-2}$峰值强度的反向传播激光脉冲的碰撞，将有可能通过全光学方案中的多光子Breit-Wheeler过程产生反物质。通过集成的三维粒子模拟，我们表明，生产的正电子束与0.1-1 nC的总电荷，100-400兆电子伏的平均能量和0.01-0.1拉德的发散是在即将成为可用的激光系统的范围内。还研究了正电子束的性质随激光参数的变化。
2015-10-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Controlling the interaction of tightly focused 10-PW class lasers with multicomponent plasma via target parameters: optimization of electron-positron pair and $γ$-photon sources
本文利用三维QED-PIC模拟发现靶电子初始总数可作为数十PW紧聚焦激光与波长尺度靶相互作用的相似性参数，并据此划分作用模式、优化电子-正电子对与γ光子源。
2024-12-03 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
Numerical proof-of-concept of a photon, proton, and positron laser-driven source with nanostructured targets
本文通过三维PIC模拟验证了纳米结构双层靶在超强激光驱动下产生高能光子、质子和正电子的可行性，强调了真实泡沫形态建模的重要性，并提出DLT作为紧凑多用途辐射源方案。
2025-03-27 physics.plasm-ph
Scaling the Yield of Laser-Driven Electron-Positron Jets to Laboratory Astrophysical Applications
我们报告了在三个不同的激光装置上获得的新的实验结果，这些结果显示了定向激光驱动的相对论性电子-正电子喷流，其产额比以前获得的大30倍，正电子产额对激光能量的二次（~ E^2）依赖性。这种有利的缩放源于更高能量的电子的组合，由于增加的激光强度和MeV电子在mm厚的目标中的再循环。基于这种比例，第一性原理模拟预测了使用即将到来的高能激光设施产生的这种电子-正电子喷流在实验室中探测相对论无碰撞冲击物理的可能性。
2015-04-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Positron acceleration via laser-augmented blowouts in two-column plasma structures
我们提出了一个正电子加速装置，它由一个电子驱动器和一个激光脉冲组成，产生一个双重等离子体柱结构。由此产生的尾流场是能够加速正电子束在长距离，即使考虑到司机的演变。该计划是通过粒子模拟研究。进一步得到了加速场和聚焦场的解析表达式，给出了见证聚束加速的平衡线。
2022-04-20 physics.acc-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
Spin and polarization effects on the nonlinear Breit-Wheeler pair production in laser-plasma interaction
研究了两束反向传播的线偏振10-PW级激光脉冲与薄靶相互作用中电子/正电子（$e^-$ / $e^+$）的自旋效应和$γ$光子的偏振效应。利用Monte Carlo方法，将非线性Compton散射和基于自旋和极化分辨几率的非线性Breit-Wheeler对产生过程引入到PIC（Particle-in-Cell）算法中.从PIC模拟中发现，发射的$γ$光子的平均线偏振度可以超过$50\%$。这种极化效应导致正电子产率降低约$10\%$。在某些中等正电子能量下，还原可达到$20\%$。此外，我们还观察到$e^-$ / $e^+$的局域自旋极化导致了$2\%$的正电子产额的轻微下降，以及由于自旋相关的光子发射导致的高能区正电子谱和光子极化的一些反常现象.结果表明，在计算10-PW量级激光对产生和激光-等离子体相互作用时，应考虑自旋和极化效应。
2021-02-11 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
Ultra-short, MeV-scale laser-plasma positron source for positron annihilation lifetime spectroscopy
亚微米缺陷代表了制造中众所周知的基本问题，因为它们可以显著影响几乎任何高价值组件的性能和寿命。正电子湮没寿命谱可以说是唯一建立的方法，能够检测到亚纳米级的缺陷，但到目前为止，它只适用于表面研究，并具有有限的分辨率。在这里，我们的实验和数值模拟表明，激光驱动的系统可以克服这些众所周知的限制，通过产生超短正电子束的动能可调从500千电子伏到2兆电子伏和正电子的数量，每次拍摄在一个50千电子伏的能量片\color{black}的顺序的$10^3$。一个典型的兆焦耳尺度的kHz激光器的预期性能的数值模拟表明，产生兆电子量级的窄带和超短正电子束的通量超过$10^5$正电子/秒，感兴趣的快速体积扫描材料在高分辨率的可能性。
2021-04-19 physics.acc-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
Dominance of $γ$-$γ$ electron-positron pair creation in a plasma driven by high-intensity lasers
光单独产生电子和正电子是量子电动力学的基本预测，但尚未被观察到。在这里，我们表明，它是可能的，以创建${>}10^8$正电子由双激光照射的结构等离子体靶，在强度为$2 \times 10^{22} \mathrm{W}\mathrm{cm}^{-2}$。与以前的工作相比，对的创建主要是由线性Breit-Wheeler过程（$γγ\to e^+ e^-$）驱动，而不是假设在高强度下占主导地位的非线性过程，因为目标内部发射的$γ$射线的密度很高。有利的缩放与激光强度的线性过程提示重新考虑其忽略在模拟研究中，但也允许正电子射流形成的强度，已经实验可行的。模拟结果表明，在准静态等离子体磁场的约束下，正电子可以被激光加速到能量为$> 200$ MeV。
2021-05-15 hep-ph physics.plasm-ph
Generation of Ultrabrilliant Positron Beam via Superponderomotive Injection in Laser Wakefield Acceleration
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Nankai University（南开大学）
该研究提出激光尾场加速中超有质动力注入方法，通过粒子模拟验证产生低发射度多周期正电子束，为超高亮度正电子源提供新型紧凑途径。
2026-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic Laser-Plasma Positron Accelerator using Particle-Shower Plasma-Wave interactions
建立了厘米级激光等离子体正电子全光加速器模型，用于产生超相对论能量可调的准单能光束。这里阐明的一个新原理描述了捕获发散正电子，这些正电子是激光驱动的电磁簇射的一部分，具有大的能量扩展，并且它们在激光驱动的等离子体波中加速成准单能正电子束。使用分析和Particle-In-Cell模拟证明了这一原理，在这里定义的限制下，现有的激光器可以加速数百MeV pC准单能正电子束。通过提供一个负担得起的替代更大规模的射频加速器，这种紧凑的正电子加速器开辟了新的研究途径。
2018-04-18 physics.acc-ph physics.app-ph physics.comp-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
Laser-driven high-quality positron sources as possible injectors for plasma-based accelerators
射频加速器可持续的加速场的幅度的内在约束要求追求替代和更紧凑的加速方案。其中，基于等离子体的加速器可以说是最有前途的，这要归功于它们可以维持的高加速场，大大超过了GeV/m。虽然基于等离子体的电子加速现在已经足够成熟，可以在这个方向上进行系统的研究，但正电子加速仍然处于起步阶段，目前正在进行的项目有限，为进一步的实验提供可行的测试设施。在这篇文章中，我们提出了一个最近证明的激光驱动配置作为一个相对紧凑和廉价的高品质的超相对论正电子源的激光驱动和粒子驱动等离子体尾场加速研究。蒙特卡罗模拟表明，近期的高强度激光设施可以产生高电流，飞秒尺度的持续时间，并在GeV范围内的能量足够低的归一化发射度的正电子束注入进一步的加速阶段。
2018-06-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electromagnetic cascade in high energy electron, positron, and photon interactions with intense laser pulses
研究了高能电子、正电子和光子与强激光脉冲的正面碰撞几何相互作用。它示出，电子和/或正电子经历级联型过程，涉及多个发射的光子。这些光子因此可以转换成电子-正电子对。结果，带电粒子迅速失去它们的能量，形成指数衰减的能量分布，这抑制了高能光子的发射，从而减少了产生的电子-正电子对的数量。因此，这种类型的相互作用抑制了电磁雪崩型放电的发展，即，在相互作用过程中，电子、正电子和光子的数量不会发生指数增长。当在横向粒子轨道中可以忽略3D效应时，即，对于具有不太极端的强度的足够宽的激光脉冲。计算了高能电子束与逆流短强激光脉冲相互作用时电子、正电子和光子的最终分布。电子束的能量损失，这需要一个自洽的量子描述，在这个过程中起着重要的作用，以及提供了一个明确的实验观察的相互作用从经典到量子制度的过渡。
2013-06-05 hep-ph physics.plasm-ph
Narrow bandwidth, low-emittance positron beams from a laser-wakefield accelerator
本文实验演示了具备窄带宽、低发射度和飞秒时长的激光驱动超相对论正电子源，并通过模拟证明其可注入并加速于等离子体尾波场。
2023-07-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Attosecond gamma-ray flashes and electron-positron pairs in dyadic laser interaction with micro-wire
本研究提出利用两束高功率激光与微丝靶作用的可调谐方案，先通过径向偏振激光产生低横向动量的短脉冲高电荷电子束团，再与反向激光碰撞，可生成高准直超高亮度阿秒GeV级γ射线及固体密度级电子-正电子对，为高能粒子源研究提供新途径。
2024-08-12 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
Non-invasive characterisation of a laser-driven positron beam
本文报道了一种间接的、非侵入性的方法，可以同时测量激光尾场加速电子束通过高Z转换靶时产生的超相对论正电子束的能量相关发射度和源尺寸。正电子的几何发射率与散射电子的几何发射率之间的强相关性使得通过监测散射电子可以高精度地推断出前者。该技术已被测试的原理验证实验中，对于100兆电子伏的正电子，我们推断几何发射度和源尺寸的顺序为$ε_{e^+} \approx$ 3 $μ$米和$D_{e^+} \approx$ 150 $μ$米，分别。这是一致的数值预测的可能性，实现子$μ$ m几何发射度和微米级的源尺寸在GeV的水平。
2020-02-23 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
