强场和强激光等离子体下正负电子对产生与伽玛光的研究

Studies on electron-positron pair production and gamma-ray emission in strong fields and laser irradiating plasmas have not only a great theoretical challenge but also a potential applications for obtaining the high quaility of positron and gamma-ray sources. They are also helpful to understand the pulsar and gamma-ray burst in astrophysical environment. These trigger the extensive researches on this developing field since 2000. The present application project would make further development based on our previous study by focusing research on the real-time Dirac-Heisenberg-Wigner (DHW) formalism for the study of electron-positron pair production, the MC or/and PIC+MC simulation method for the study of cascade problem on pair production and gamma-ray and the roles of combined Coulomb and laser fields as well as the Trident process. We hope that the results by present project would be helpful to deepen the understanding of involved physics and the physical mechanisms behind the observed phenomena.

强场和强激光等离子体下正负电子对产生与伽马光的研究不仅有重要的理论挑战性，而且对产生高质量的正电子源和伽马光源都有极其重要的应用价值，对天体物理中的脉冲星和伽马射线暴的理解等等也有理论上的指导意义，这些因素促进了本世纪以来对该研究领域的大力发展。该申请项目将在近年来我们取得一些研究成果的基础上开展进一步的深入研究，主要集中在用实时DHW形式研究啁啾强场下真空的正负电子对产生问题，MC或PIC+MC方法研究正负电子对产生和伽马光的级联问题，以及库仑和激光组合场、Trident过程对激光等离子体相互作用中正负电子对产生和伽马光产生与级联的影响和重要性程度等，希望研究结果能加深相关物理过程的理解和背后物理机制的认识。

本项目深入研究了强场下真空的对产生和激光等离子体相互作用下的高品质伽马光与正电子产生等。重要结果有：（1）合适频率啁啾下对产生的数密度会提高3个数量级；强的空间不均匀导致动力学辅助机制增强；任意极化电场中玻色子对产生的数密度是自旋向上和向下的几何平均；与非对称啁啾相比，对称啁啾场更有效；频率啁啾下的动力学辅助机制被加强；粒子有温度时的热系统下对产生将被修正，且对产生随粒子温度增加而被抑制。（2）通过多束激光照射类金刚石碳圆靶能产生高密度γ光和平均能量为230MeV、数目大约为10的11次方的正电子；强激光脉冲与近临界密度等离子体相互作用可产生10的23次方亮度（在100MeV）的高亮度光子；通过将圆偏振拉盖尔-高斯激光脉冲与限制在过密固体管中的近临界氢等离子体相互作用，可产生携带大轨道角动量的明亮螺旋γ光；强激光与非均匀近临界密度等离子体相互作用，可产生能量超过1GeV的亚飞秒光子，持续时间约为760as，具有高峰值亮度和大约0.6的正偏振度。众所周知，超亮γ射线源和稠密正电子源在许多应用中都很有用。以上这些研究结果可能对未来计划中有关的对产生和伽马光产生的高功率或高强度激光实验有一定的理论指导意义。