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超强激光和高能电子束碰撞助力量子辐射反作用理论新进展

 


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本文摘要:中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队找到,极强激光和高能电子束的撞击可筛选电子动力学的经典和量子电动力学(QED)不道德边界,为解读极端强劲场下光与物质相互作用的基本规律获取了重要途径。

中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队找到,极强激光和高能电子束的撞击可筛选电子动力学的经典和量子电动力学(QED)不道德边界,为解读极端强劲场下光与物质相互作用的基本规律获取了重要途径。涉及成果公开发表在[CommunicationsPhysics2,66(2019)]。

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带电粒子的运动及其电磁辐射是最古老的电磁学问题之一。高能电子速度发生变化时将产生电磁辐射,同时受到电磁辐射反作用力。在弱场中,电磁辐射反作用力一般可以忽视,相对论电子的不道德由洛仑兹力要求。而当激光强度多达一定阈值时,电子动力学必需考虑到电磁辐射反作用力的影响。

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在一定的近似于下,Landau和Lifshitz得出了叙述电磁辐射反作用力的经典表达式(LL方程)。近来的研究指出,在电磁辐射主导情形下,经典图像或许仍然限于。当单个电磁辐射光子的能量可以与电子本身的能量互为相提并论时,电磁辐射将从倒数显得线性,而且反映出有很强的随机效应,精确的叙述需倚赖强场QED理论。

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从洛仑兹力、经典LL方程到强场QED理论,如何分辨极强光场电子动力学的准确叙述方法,是解读百拍电影瓦级激光与物质相互作用的基础与前提。上海光机所团队深入研究了10-100拍电影瓦的激光与能量为数百MeV的电子束的纵向撞击过程,找到电子的入射、光线不道德在有所不同的理论框架下反映出有迥异的特性:不考虑到电磁辐射反作用力时高能电子将必要穿越激光束,经典的LL方程则应验电子能量消耗只剩以致全部被衍射。

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QED图像介于两者之间,部分电子入射而部分被衍射,这正是线性、随机的量子特性的深刻印象体现。基于此,研究者更进一步明确提出测量衍射电子数量和角分布的方法,以说明了有所不同的参数范围下电子动力学到底由何种理论叙述。

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该项研究伴随在未来的10-100拍电影瓦激光装置上,人们将有机会仔细观察到极端强劲场下高能自由电子的量子力学不道德。涉及工作获得科技部、国家自然科学基金委、中科院B类先导专项以及青年千人计划的反对。(a)激光与电子束纵向撞击示意图。(b)光线电子的角分布。

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(c)电子反射率。

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