Improved local-constant-field approximation for strong-field QED codes
局域恒定场近似（LCFA）是研究具有复杂时空结构的背景电磁场中强场QED现象的重要理论工具。在我们以前的工作[物理。修订版~ A~ \textbf{98}，012134（2018）]我们分析了在背景平面波场的情况下，在低发射光子能量下LCFA在非线性康普顿散射中的缺点。在这里，我们将这种分析推广到背景场，背景场可以具有几乎任意的时空结构。此外，我们提供了一个明确的和简单的实现的非线性康普顿散射微分概率的改进表达式，解决了在红外区域的标准LCFA的主要缺点，并适用于背景电磁场与任意时空结构，如发生在粒子细胞模拟。最后，我们进行了一个系统的程序来计算每单位的发射光子光锥能量的非线性康普顿散射和非线性Breit-Wheeler对生产每单位的正电子光锥能量超过LCFA在平面波背景场，这使我们能够确定这种近似的有效性的限制定量。
2019-02-25 hep-ph physics.plasm-ph
Generation of narrow beams of ultrarelativistic positrons (electrons) in the resonant strong electromagnetic field-assisted Breit-Wheeler process
本文理论上研究了低于临界Schwinger场强下的共振外场辅助Breit-Wheeler过程，通过分析共振运动学与微分截面，预测了高能gamma量子产生超相对论正负电子窄束，其概率显著高于非共振过程。
2023-07-03 hep-ph physics.plasm-ph
Linear Breit-Wheeler pair production in the search for axion-like particles
University of Oxford（牛津大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
研究假设类轴子粒子存在，计算线性布雷特-惠勒对产生过程的相干组合截面，发现赝标量ALPs会产生不对称法诺型共振，提出用实光子对BW过程实验观测，以补充探测MeV尺度ALPs。
2026-07-08 hep-ph 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
Nonlinear Breit-Wheeler pair production using polarized photons from inverse Compton scattering
Helmholtz Institute Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI重离子研究中心有限公司）；Institute of Optics and Quantum Electronics, Friedrich-Schiller-Universität（弗里德里希·席勒大学光学与量子电子学研究所）；Department of Physics, University of Gothenburg（哥德堡大学物理系）
本文提出利用反康普顿散射产生高能极化光子，用于非线性布里渊-韦勒过程的研究，展示在现有设备下可实现高精度测量。
2024-11-13 hep-ph physics.plasm-ph
Generation of arbitrarily polarized GeV lepton beams via nonlinear Breit-Wheeler process
研究了高能极化$γ$光子与超强非对称激光脉冲通过非线性Breit-Wheeler（BW）对产生的单次相互作用中任意自旋极化轻子（这里特指电子和正电子）光束的产生.我们发展了一个完全自旋分辨的半经典蒙特卡罗方法来描述局域常场近似下的电子对产生和极化。在非线性BW过程中，产生对的极化同时由母$γ$光子的极化、散射光场的极化和非对称性决定，这分别是由于自旋角动量转移和非对称自旋相关对产生几率引起的.在所考虑的全光学方法中，利用现有的激光装置可以获得平均偏振度约为$80\%$（可在横向和纵向分量之间调节）的GeV轻子束流，并将其作为偏振$e^{+}e^{-}$对撞机的注入器，用于探索超越标准模型的新物理。
2021-04-30 hep-ph physics.plasm-ph
A uniform locally constant field approximation for photon-seeded pair production
即将进行的粒子束与中等强度激光脉冲碰撞实验的一个挑战是如何正确地将量子效应纳入模拟框架。使用统一的方法，我们扩展了广泛使用的局部恒定场近似（LCFA），以获得一个改进的光子种子对创建率（非线性Breit-Wheeler过程）。通过基准测试我们的“ULCFA”表达式的光前光谱：i）精确的分析结果和ii）短脉冲的QED概率的数值积分，我们表明，我们的扩展方法仍然是准确的强度参数比标准LCFA的值更小。
2019-08-19 hep-ph physics.plasm-ph quant-ph
Spectral caustics in laser assisted Breit-Wheeler process
本文分析了强激光脉冲作用下Breit-Wheeler过程产生的正负电子对。横向动量谱显示出被解释为焦散线的突出峰，其位置可由固定相访问。给出了XFEL光束与高强度激光光束叠加的例子。这种配置是可用的，例如，目前在LCLS，不久的将来在欧洲XFEL。它需要一个高能量的反向传播探测光子束，可以通过同步逆康普顿背散射产生。
2015-09-07 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Parametric study of the polarization dependence of nonlinear Breit-Wheeler pair creation process using two laser pulses
本文对双激光脉冲与超相对论电子束相互作用进行参数研究，优化脉冲以产生高能光子并生成电子-正电子对，验证强场QED框架中的自旋/偏振依赖性。
2023-10-16 hep-ph physics.plasm-ph
Effect of differential cross section in Breit-Wheeler pair beaming
研究了Breit-Wheeler（BW）过程中的电子对聚束。我们研究了BW微分截面对角分布和能量分布的影响。虽然，这项研究是相关的激光诱导强烈的伽马射线源碰撞实验，我们应用对光束在天体物理背景下，特别是活动星系核（AGN）。
2018-02-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Multi-photon regime of non-linear Breit-Wheeler and Compton processes in short linearly and circularly polarized laser pulses
分析了线偏振和圆偏振短脉冲激光在多光子区的非线性Breit-Wheeler $e^+e^-$对产生及其交叉通道--非线性康普顿过程。多光子过程的总截面的贡献是确定的，我们还表明，（i）在这些过程中的出射电子的方位角分布不同的定性水平，和（ii）它们取决于脉冲的偏振特性。有限载波包络相位（CEP）导致所考虑过程的方位角分布的非平凡非单调行为。该效应可用于CEP测定。
2020-01-10 physics.plasm-ph
Energy enhancement of laser-driven ions by radiation reaction and Breit-Wheeler pair production in the ultra-relativistic transparency regime
研究发现在超相对论透明区，辐射反应和Breit-Wheeler对产生可增强激光驱动碳离子的能量，通过改变Buneman不稳定性相速度，进一步提高离子能量。
2023-07-03 physics.plasm-ph
Bright $γ$ rays source and copious nonlinear Breit-Wheeler pairs in the collision of high density particle beams
在FACET II和激光尾流场加速器实验中，10秒GeV的超短高密度$e^-$或$e^-$和$e^+$光束的碰撞可以产生高度准直的$γ$射线（几个GeV），峰值亮度为$10^{27}~\mathrm{ph/s~mm^2 mrad^2 0.1\% BW}$，最高可达$10^5$非线性Breit-Wheeler对。我们提供了分析估计的光子源的属性和次级对的产量，发现与全尺寸的3D自洽粒子在细胞模拟，包括量子电动力学效应的协议。我们的研究结果表明，束-束碰撞可以利用作为二次源的$γ$射线，并提供了一种替代光束激光装置探测量子电动力学效应在Schwinger极限。
2019-03-01 physics.plasm-ph
From linear to nonlinear Breit-Wheeler pair production in laser-solid interactions
本文在 YUNIC 代码中实现线性 Breit-Wheeler 过程，并通过二维 QED-PIC 模拟揭示激光-固体相互作用中线性到非线性对产生的转变阈值约为 a_0~400-500。
2023-12-17 hep-ph physics.plasm-ph
Impact of the laser spatio-temporal shape on Breit-Wheeler pair production
即将到来的一代多拍瓦激光器开辟了通过非线性Breit-Wheeler过程产生大量对的道路，即，在强激光场中光子衰变成电子-正电子对的过程。本文研究了激光脉冲与γ光子正面碰撞产生Breit-Wheeler对的最佳条件。激光峰值强度与焦斑的大小和形状的作用进行检查保持恒定的激光能量，以匹配实验的限制。软淋浴的情况下，其中大多数对起源于初始伽马光子的衰变，一个简单的模型推导。这种方法为我们提供了一个半解析模型，更复杂的情况下，涉及高斯或拉盖尔-高斯（LG）激光束。然后，我们探讨的LG光束对创建的顺序的影响。最后，我们得到的结果是，在给定的阈值以上，较大的光斑尺寸（或在LG激光束的情况下更高阶）比更高的峰值强度更有利。我们的结果与三维粒子模拟非常匹配，可以用来指导即将到来的实验活动。
2021-05-26 physics.plasm-ph
High-energy gamma-photon polarization in nonlinear Breit-Wheeler pair production and gamma-polarimetry
在量子辐射占优的情况下，研究了非偏振电子束与反向传输的超强线偏振激光脉冲的相互作用。我们采用半经典蒙特卡罗方法来描述自旋分辨电子动力学，光子发射和极化，和对生产。在相互作用过程中，通过非线性康普顿散射产生了大量的高能线偏振γ光子，平均偏振度超过50%，并与激光场相互作用产生了非线性Breit-Wheeler过程的正负电子对。的光子偏振显着影响对产量的因素超过10%。所考虑的签名的光子偏振对的产量可以在一个前瞻性的两阶段设置实验确定。此外，签名也可以用于高能量高通量伽马光子的偏振测量，分辨率远低于1%，目前可实现的激光设施。
2020-02-26 physics.plasm-ph
Phase Control of Nonlinear Breit-Wheeler Pair Creation
研究通过激光脉冲与其二次谐波间的相位偏移，控制非线性 Breit-Wheeler 过程中产生的正负电子的相对横向运动，实现电子与正电子的反向漂移与空间分离，为正电子的后续分离与检测提供新途径。
2023-10-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Monte Carlo modelling of the linear Breit-Wheeler process within the GEANT4 framework
本文在Geant4框架中开发了线性Breit-Wheeler过程模块，结合高斯过程回归将计算速率提升最高1000倍，并通过参数扫描证明所建模实验每次发射可产生超过1个Breit-Wheeler对。
2023-02-09 hep-ex physics.acc-ph 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
Detecting Linear Breit-Wheeler Signals with a Laser-Foil Setup
针对线性Breit-Wheeler对产生过程尚未经真实光子实验验证的问题，提出10 PW级激光辐照薄膜靶的探测方案，通过正电子能谱高能尾的靶厚不变性区分LBW与BH信号，且在BH产额更高时仍有效。
2025-01-12 physics.plasm-ph
Photon-polarization-resolved linear Breit-Wheeler pair production in a laser-plasma system
该研究通过自洽包含光子偏振分辨 LBW 过程的 particle-in-cell 模拟，揭示 10 PW 级线偏振激光与固体等离子体作用中平行偏振光子使正电子产额降低 5%–10%，且该效应随强度升高而减弱。
2025-02-09 physics.plasm-ph
Self-organized positron reorienting and pinching mechanism for the experimental detection of the linear Breit-Wheeler process
York Plasma Institute, Department of Physics, University of York（约克大学等离子体研究所）；GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院等离子体与核聚变研究所）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系）；General Atomics（通用原子能公司）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出一种简单实验装置，利用新发现的自组织正电子重定向与箍缩机制，将线性Breit-Wheeler过程的正电子信号增强2-3个数量级，并在低背景方向实现探测。
2026-09-09 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
Quantum Monte Carlo Simulations for predicting electron-positron pair production via the linear Breit-Wheeler process
Instituto Superior Tecnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等理工学院）；National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出利用量子蒙特卡洛模拟预测电子-正电子对产生，展示其在高能物理中的高精度应用及与经典模拟的整合路径。
2026-01-07 physics.plasm-ph quant-ph
Bayesian Optimisation of Non-linear Breit-Wheeler Pair Production in Simulated Laser Experiments
Lancaster University（兰卡斯特大学）；Cockcroft Institute（科克夫研究所）；University of Warwick（华威大学）；York Plasma Institute, University of York（约克等离子体研究所，约克大学）
该研究通过贝叶斯优化方法，在模拟激光实验中优化非线性布里特-韦勒对产生条件，考虑激光抖动影响，提升对产生效率。
2026-01-30 physics.plasm-ph
A laser-plasma platform for photon-photon physics
我们描述了一个用于光子-光子碰撞实验的激光等离子体平台，以测量基本的量子电动力学过程，如用真实光子的线性Breit-Wheeler过程。该平台是使用卢瑟福阿普尔顿实验室的双子座激光设施开发的。激光尾场加速器和韧致辐射加速器用于产生具有数百MeV能量的准直光子束，其与由激光加热的等离子体靶产生的keV X射线光子碰撞。为了检测由光子-光子碰撞产生的粒子对，已经开发了一种磁传输系统，该系统将粒子对引导到基于闪烁的和混合硅像素单粒子探测器上。我们目前的调试结果从一个实验活动，使用这个激光等离子体平台的光子-光子物理，演示成功产生的两个光子源，表征的磁传输系统和校准的单粒子探测器，并讨论了该平台的可行性Breit-Wheeler过程的观察。该平台的设计也将作为强场量子电动力学过程的研究基础，如非线性Breit-Wheeler和三叉戟过程，或最终光子-光子散射。
2021-07-05 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Collision parameters needed to measure polarisation-dependent nonlinear pair creation
University of Gothenburg（哥德堡大学）
研究高能光子在强电磁场中非线性布里特-韦勒过程的极化依赖性，需精确控制激光与电子束的碰撞参数以确保极化效应的测量。
2025-04-28 hep-ph physics.plasm-ph
Nonlinear QED in an ultrastrong rotating electric field: Signatures of the momentum-dependent effective mass
本文研究了在超短旋转电场中非线性对的产生和辐射过程的特殊性，考虑到该电场模拟了反向传播激光束的波腹。它表明，在旋转电场中的粒子获得的有效质量取决于其动量的绝对值，以及对它的方向相对于场平面。这一现象对非线性Breit-Wheeler过程和非线性Compton过程都有影响。在第一种情况下产生的对的光谱，和在第二种情况下发射的光子，示出承担签名的有效质量。在第一种情况下，由$γ$ -光子在该场存在下产生对的阈值根据光子传播方向而变化。在第二种情况下，改变入射电子的能量允许测量有效质量的动量依赖性。两个相应的实验装置的建议。
2019-08-16 hep-ph physics.plasm-ph
The locally monochromatic approximation to QED in intense laser fields
我们导出了强背景场中QED效应的一个近似，它可以用来改进激光-粒子碰撞的数值模拟。将激光视为任意强度的平面波，我们将波分为快（载波）和慢（包络）模式。我们解决的相互作用动力学完全为前者，而在后者进行局部扩展。这就产生了一个“局部单色”近似（LMA），我们比较精确的光谱非线性康普顿散射和非线性Breit-Wheeler对生产，现实的激光脉冲持续时间。我们表明，作为常用的“局部恒定场”近似的改进，LMA准确地再现了正确的低能量行为的粒子谱，以及谐波特征的位置和幅度。
2020-12-16 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Simulations of laser-driven strong-field QED with Ptarmigan: Resolving wavelength-scale interference and $γ$-ray polarization
本文利用Ptarmigan程序在局域单色近似下模拟过渡区强场QED过程，并验证其对线偏振激光和任意偏振γ射线的模拟精度达到百分之几。
2023-09-05 hep-ph physics.plasm-ph
Characteristic features of the resonant trident process in the field of a strong monochromatic electromagnetic wave
Higher School of Fundamental Physical Research, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University（彼得大帝圣彼得堡理工大学基础物理研究高等学院）
研究强电磁波场中共振三叉过程的特征，揭示其量子纠缠现象及能量相等特性，提出解析表达式并展示其在高能物理实验中的应用价值。
2025-12-17 hep-ph physics.plasm-ph
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
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
Achieving High Polarization of Photons Emitted by Unpolarized Electrons in Ultrastrong Laser Fields
针对非极化电子难以产生高极化γ射线的难题，提出借助真空二向色性效应通过非线性康普顿散射产生高极化γ射线的方法，模拟显示单次作用可获极化度超90%的高亮度γ射线，兼具全光学装置优势，应用潜力大。
2024-04-11 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
Single-laser scheme for reaching strong field QED regime via direct laser acceleration
GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院等离子体与核聚变研究所）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
单束激光方案通过直接激光加速和反射激光场相互作用，实现强场QED效应的实验探测。
2026-01-21 physics.plasm-ph
Generating Cylindrical Vector γ Rays via Beam-Target Interactions: Towards Structured Light at High Energies
本文提出利用相对论电子束与多层箔靶相互作用，通过相干渡越辐射场和非线性康普顿散射产生径向偏振度接近60%的柱矢量γ射线，并可进一步经非线性Breit-Wheeler过程产生自旋偏振正电子，将结构光概念拓展到γ射线领域。
2025-08-22 physics.optics 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
SPIRE: Spin-Resolved Particle-in-Cell with Radiative Corrections for Extreme Laser--Plasma Interactions
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Zhengzhou University（郑州大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
研究人员开发了含自旋与光子偏振分辨及辐射修正的PIC代码SPIRE，用于强场QED regime下激光-等离子体相互作用的自洽模拟，经多维度基准测试验证其可靠性。
2026-10-14 physics.plasm-ph
Compton photons at the GeV scale from self-aligned collisions with a plasma mirror
本文提出一种结合激光等离子体加速器与等离子体镜的自对准单激光康普顿散射装置，实验产生 GeV 尺度高能光子，为精确研究强场 QED 过程提供新方法。
2024-12-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Probing strong-field QED in beam-plasma collisions
提出利用超相对论高电荷电子束与固体导电靶碰撞的单束流方案，通过靶面反射自生场激发强场QED效应，并以模拟证明其可更简单可控地实现类似束流-束流碰撞的条件。
2023-07-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
