强激光场中真空极化的费米子信号

本文研究了 GeV 光子极化 $\gamma$ 射线束与反向传播的超强激光脉冲相互作用时的真空极化 (VP)。在传统的真空双折射测量装置中，VP 信号是初始线偏振（圆偏振）探测光子中新出现的小幅圆偏振（线偏振）。在这种高能环境中，通过非线性 Breit-Wheeler 过程产生的粒子对会消除出射 $\gamma$ 射线束中的部分 $\gamma$ 光子，从而增加统计误差并降低该 VP 信号的精度。相反，我们研究了产生的 $\gamma$ 光子圆偏振向所产生的正电子纵向极化的转换，将后者视为主要的 VP 信号。为了研究高度非线性区域中的 VP 效应（在该区域 Euler-Heisenberg 有效拉格朗日方法失效），我们开发了一种蒙特卡洛模拟方法，通过局部恒场近似下的一圈 QED 概率引入了真空双折射和二色性。我们的蒙特卡洛方法将能够研究任意构型强场中的 VP 效应。利用 10~PW 激光系统，我们证明了在 5$\sigma$ 置信水平下，通过几小时的测量时间检测 VP 效应费米子信号的可行性。