包含粒子态阻尼的非线性康普顿散射与非线性 Breit-Wheeler 对产生

在电磁背景平面波场存在下，电子、正电子与光子态并不稳定，因为电子与正电子发射光子，而光子衰变为电子-正电子对。这种粒子态的衰变在单次非线性康普顿散射与非线性 Breit-Wheeler 对产生的概率中导致一个指数阻尼项。本文中，我们解析与数值地研究了包含粒子态衰变的非线性康普顿散射与非线性 Breit-Wheeler 对产生的概率。为此，我们首先计算自旋与偏振分辨的概率表达式，给出其若干渐近行为，并表明总概率的结果与自旋及偏振基无关。随后，我们给出了针对不同脉冲长度以及不同自旋与偏振量子数的总概率与微分概率的数幅图。我们观察到，为使概率始终低于 unity（1），考虑态的阻尼至关重要，并且我们表明阻尼因子也随背景场的强度与脉冲时长而标度。在非线性康普顿散射情形下，我们数值地表明，在光子反冲可忽略的 regime（区域）中总概率表现为类泊松分布。在所有考量情形中，运动学条件使得末态粒子垂直于平面波传播方向的动量始终远小于其纵向动量，且动量分布在横平面上的主要展宽沿平面波电场方向。