相对论性等离子体镜源极强光下的量子真空过程

拍瓦级激光系统的出现使得在受控环境中产生前所未有的强度的电磁场成为可能，这推动了越来越多的努力，试图通过它们与量子真空的相互作用来探测尚未被观测到的过程。尽管如此，支配这些效应的最低强度尺度仍比可预见的能力高出数个数量级，因此这种尝试预计仍将极具挑战性。然而，近年来，等离子体镜已成为弥合这一差距的有前途的桥梁，它能够将强红外激光脉冲转换为相干聚焦的、位于 X-UV 波段的多普勒谐波光束。在这项工作中，我们对此类光束聚焦到 $10^{24}$ 至 $10^{28}\ \mathrm{W.cm}^{-2}$ 强度时产生的量子真空特征进行了定量预测。这些特征，尤其包括光子-光子散射和电子-正电子对产生，是使用最先进的大规模并行数值工具获得的。为了确定实验上有利的配置，我们还考虑了聚焦谐波光束与辅助光束的耦合，并与其他既定方案进行了比较。我们的结果表明，单个相干聚焦的谐波光束可以产生与两束红外脉冲正面碰撞一样多的散射光子，并证实了谐波光束与辅助光束的耦合会产生显著的非弹性散射水平，因此具有极大改善实验中可达到的信噪比的潜力。