Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Về các quá trình điện động lực học lượng tử trong plasma tương tác với laser mạnh
Tóm tắt
Trong lĩnh vực tương tác giữa laser và plasma, nếu cường độ laser đủ mạnh, các hiệu ứng lượng tử đóng vai trò quan trọng. Do khoảng cách lớn giữa quy mô chiều dài mà các quá trình điện động lực học lượng tử hình thành và cả khoảng cách điển hình giữa các hạt trong plasma cũng như bước sóng của laser quang, trong nhiều tình huống quan tâm có thể xem xét các quá trình điện động lực học lượng tử một cách tương đối đơn giản. Nếu người ta cân nhắc đến các plasma với mật độ ngày càng lớn, sự hiện diện của nhiều hạt có thể khiến việc điều trị đầy đủ lượng tử về động lực học trở nên không thể tránh khỏi. Ở đây, hai loại hiệu ứng đa hạt được thảo luận trong khuôn khổ Điện động lực học lượng tử trường mạnh. Đầu tiên, chúng tôi chỉ ra rằng việc mô tả chính xác các hiệu ứng đồng pha trong bức xạ phát ra từ một gói sóng hai electron trong một trường laser mạnh yêu cầu một điều trị lượng tử ngay cả khi tham số phi tuyến lượng tử của hệ thống nhỏ hơn nhiều so với đơn vị. Thứ hai, chúng tôi chỉ ra rằng tại mật độ trạng thái rắn, sự hiện diện của nhiều hạt trong vùng hình thành bức xạ bởi một electron trong một trường điện từ mạnh có thể thay đổi xác suất phát ra chính nó, do đó nói chung không thể tách biệt hiệu ứng tập thể khỏi các hiệu ứng lượng tử.
Từ khóa
#quantum electrodynamics #plasma #laser intensity #multi-particle effects #coherence effectsTài liệu tham khảo
Angioi A, Di Piazza A (2018) Quantum limitation to the coherent emission of accelerated charges. Phys Rev Lett 121:010402
Angioi A, Mackenroth F, Di Piazza A (2016) Nonlinear single Compton scattering of an electron wave packet. Phys Rev A 93:052102
Baier VN, Katkov VM (2005) Concept of formation length in radiation theory. Phys Rep 409(5):261–359
Baier VN, Katkov VM, Strakhovenko VM (1998) Electromagnetic processes at high energies in oriented single crystals. World Scientific, Singapore
Berestetskii V, Lifshitz E, Pitaevskiĭ L (1982) Quantum electrodynamics. Butterworth-Heinemann, Oxford
Berges J (2004) Introduction to nonequilibrium quantum field theory. AIP Conf Proc 739(1):3–62
Bethe H, Heitler W (1934) On the stopping of fast particles and on the creation of positive electrons. Proc R Soc London A 146(856):83–112
Birdsall CK, Langdon AB (1991) Plasma physics via computer simulation. IOP Publishing Ltd, Bristol
Breit G, Wheeler JA (1934) Collision of two light quanta. Phys Rev 46:1087–1091
Cole JM, Behm KT, Gerstmayr E, Blackburn TG, Wood JC, Baird CD, Duff MJ, Harvey C, Ilderton A, Joglekar AS, Krushelnick K, Kuschel S, Marklund M, McKenna P, Murphy CD, Poder K, Ridgers CP, Samarin GM, Sarri G, Symes DR, Thomas AGR, Warwick J, Zepf M, Najmudin Z, Mangles SPD (2018) Experimental evidence of radiation reaction in the collision of a high-intensity laser pulse with a laser-wakefield accelerated electron beam. Phys Rev X 8:011020
Dawson JM (1983) Particle simulation of plasmas. Rev Modern Phys 55:403–447
Di Piazza A (2014) Ultrarelativistic electron states in a general background electromagnetic field. Phys Rev Lett 113:040402
Di Piazza A (2015) Analytical tools for investigating strong-field QED processes in tightly focused laser fields. Phys Rev A 91:042118
Di Piazza A (2017) First-order strong-field QED processes in a tightly focused laser beam. Phys Rev A 95:032121
Di Piazza A, Müller C, Hatsagortsyan KZ, Keitel CH (2012) Extremely high-intensity laser interactions with fundamental quantum systems. Rev Modern Phys 84:1177
Di Piazza A, Tamburini M, Meuren S, Keitel CH (2018) Implementing nonlinear Compton scattering beyond the local-constant-field approximation. Phys Rev A 98:012134
Ehlotzky F, Krajewska K, Kamiński JZ (2009) Fundamental processes of quantum electrodynamics in laser fields of relativistic power. Rep Prog Phys 72(4):046401
Euler H, Kockel B (1935) Über die Streuung von Licht an Licht nach der diracschen Theorie. Naturwissenschaften 23(15):246–247
Exawatt center for extreme light studies (XCELS). http://www.xcels.iapras.ru/. Accessed 13 Feb 2019
Extreme light infrastructure (ELI). http://www.eli-laser.eu/. Accessed 13 Feb 2019
Furry WH (1951) On bound states and scattering in positron theory. Phys Rev 81:115–124
Gonoskov A, Bastrakov S, Efimenko E, Ilderton A, Marklund M, Meyerov I, Muraviev A, Sergeev A, Surmin I, Wallin E (2015) Extended particle-in-cell schemes for physics in ultrastrong laser fields: Review and developments. Phys Rev E 92:023305
Heinzl T, Ilderton A (2017) Superintegrable relativistic systems in spacetime-dependent background fields. J Phys A 50(34):345204
Jackson J D (1999) Classical electrodynamics, 3rd edn. Wiley, New York
Krajewska K, Cajiao Vélez F, Kamiński JZ (2017) Generation of attosecond electron pulses using petawatt lasers. Proc SPIE 10241:102411
Landau LD, Pomeranchuk I (1953) Limits of applicability of the theory of bremsstrahlung electrons and pair production at high-energies. Dokl Akad Nauk Ser Fiz 92:535
Landau LD, Lifshitz EM (1975) The classical theory of fields. Course of theoretical physics. Butterworth-Heinemann, Oxford
Migdal AB (1956) Bremsstrahlung and pair production in condensed media at high-energies. Phys Rev 103:1811
Neitz N, Di Piazza A (2013) Stochasticity effects in quantum radiation reaction. Phys Rev Lett 111:054802
Oppenheimer JR, Plesset MS (1933) On the production of the positive electron. Phys Rev 44:53–55
Poder K, Tamburini M, Sarri G, Di Piazza A, Kuschel S, Baird CD, Behm K, Bohlen S, Cole JM, Corvan DJ, Duff M, Gerstmayr E, Keitel CH, Krushelnick K, Mangles SPD, McKenna P, Murphy CD, Najmudin Z, Ridgers CP, Samarin GM, Symes DR, Thomas AGR, Warwick J, Zepf M (2018) Experimental signatures of the quantum nature of radiation reaction in the field of an ultraintense laser. Phys Rev X 8:031004
Ritus VI (1985) Quantum effects of the interaction of elementary particles with an intense electromagnetic field. J Sov Laser Res 6(5):497–617
Shannon CE (1949) Communication in the presence of noise. Proc IRE 37(1):10–21
Volkov D (1935) Class of solutions of Dirac’s equation. Z Phys 94(3–4):250–260