激光-通道相互作用中Bethe-Heitler正电子的直接激光加速

正电子的产生与加速是构建未来轻子对撞机的主要挑战之一。一方面，传统技术可以提供解决方案，但成本和规模令人望而却步。另一方面，用于正电子束产生的替代性、小尺度方案可能使这一梦想更接近现实。在此，我们提出一种新颖的基于等离子体的正电子加速方法，该方法利用一束强激光在稠密且狭窄的等离子体通道中传播。在激光传播过程中，大量电子被注入通道内部。这种电子加载在等离子体中产生静态场，使得正电子能够在横向被引导，同时直接从激光场本身获取能量。在此背景下，我们提出了一个理论模型来描述激光如何注入电子，并估计束加载的有效电子密度。我们通过准三维粒子模拟验证了我们的理论预测，并证明了这种正电子引导和直接激光加速过程的鲁棒性。我们的方法可能为在ELI-Beamlines测试这种新的正电子加速方案铺平道路，展示出前所未有的、高达数TeV/m的平均能量增益率。产生的火球喷流包含GeV能级的电子、正电子和X射线，为利用这些束流进行潜在的实验室天体物理实验开辟了道路。