超强激光与电子束相互作用中光子和正电子产生的研究

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1、超强激光与电子束相互作用中光子和正电子产生的研究买买提艾力・巴克艾米尔丁・艾米都拉艾尔肯・扎克尔新疆大学物理科学与技术学院摘要：为了研究超强激光与相对论电子束相互作用中的正负电子对产生等量子电动力学效应，用二维粒子模拟方法对相互作用中产牛的光子和正电子的空间分布和能谱进行了数值模拟研究。探讨圆偏振和线偏振激光条件下光子和正电子密度和能量分布的变化情况。结果表明，圆偏振激光条件下可以产生更多能量更高的光子和正电子。关键词：超强激光;正负电了对;相对论电了束;高能量光了;粒了模拟;作者简介：买买提艾力•巴克（1982-）,男，博士，讲师，主要从事激光等离子体相互作用和强

2、场QED效应方面的研究工作。E-mail:aili@mail.bnu.cdu.cn作者简介：艾尔肯•扎克尔（1973-）男，副教授，主要从事激光等离子体相互作用方面的研究工作。E-ma订:az@xju.edu.cn收稿日期：2017-06-10基金：国家自然科学基金资助项目（11664039,11575150）PhotonandpositrongenerationbyinteractionofintenselaserandelectronbeamBAKEMuhammadAliAIMIDULAAimierdingZAKIRArkinSchoolofPhysicsSci

3、enceandTechnology,XinjiangUniversity;Abstract：Inordertostudythequantumelectrodynamiceffectcausedbyelectron-positronpairintheinteractionofintenselaserandrelativisticelectronbeam,thispaperstudiesnumericalSimulationofthespatialdistributionandenergyspectraofphotonsandpositronsbytwodimcnsio

4、nalparticle-in-cellsimulations.Thephotonandpositrondistributioninboththecircularlyandlinearlypolarizedlasercasesarediscussed.Theresultsindicatethatmoreenergeticphotonsandpositronscanbegeneratedimderthecircularlypolarizedlaserpulse.Keyword：intenselaser;electron-positronpair;relativistic

5、clcctronbceim;high-energyphoton;particle-incellsimulation;Received：2017-06-10随着激光技术的不断发展和激光强度的进一步提高，实验室屮所能获得的电磁场强度得到了极大的提高LQoR前欧洲的极端光棊础建设(ELI)项冃旨在产生10PW-100PW激光脉冲，强度可以到达10W/cm-10W/cm,对应的脉冲持续时间在飞秒的量级及1。从而在相对论激光与等离子体或者粒子束相互作用领域将会产生新的物理问题和研究方向，即非线性量子电动力学(QED)效应［3-9］。非线性QED过程主要包括强激光与物质相互作用

6、屮的高能光子和正负电子对产生过程。这些问题的研究将给粒子物理、核物理、引力物理、非线性场论、超高压物理、天体物理和核宇宙学等领域的研究带来新的机遇和重要影响非线性QED过程是非常复杂的过程，在10PW激光与等离子体或相对论电子束相互作用过程中，电子在极端强的激光场中的颤动速度很快就达到相对论量级，而电子通过非线性康普顿散射过程(c+m.p+Yh)辐射出高能量光子(丫J,提供一个有效的高能光子源，其中Yi为激光光子［12-13］。这些高能光子在强激光场中衰变成正负电子对，这一过程主要是多光子Breit-Wheeler过程(丫h+nYLe+e)［14］;产牛的正负电子对

7、在激光-等离体场中得到有效地加速并产生更多的高能光子，高能光子衰变成更多的正负电子对，这样发生所谓的电子-正电子-光子雪崩过程QED级联(QEDcascade)回。近年來，超短超强激光与等离子体相互作用研究的不断深入，在非线性QED过程的研究取得了一定的发展。但由于非线性QED过程是高端非线性的耦合过程，所以在理论和Pic模拟上有一定困难，关于非线性QED过程方面的工作还需要进一步的研究。本文我们运用二维粒子模拟(2Dparticle-in-cellsimulations,2DPIC)方法将对强激光相对论电子束相互作用中的高能光子和正负电子对的产生等非线性QED