非线性Breit-Wheeler过程产生的正电子在辐射主导下注入等离子体通道
等离子体物理
2023-09-11 v1 加速器物理
摘要
等离子体加速被视为未来构建紧凑型多TeV电子-正电子对撞机的前瞻技术。这一努力对正电子比对电子更具挑战性，因为通常激光-等离子体相互作用的自生场不利于正电子聚焦和轴上导引。此外，需要外部正电子源，而电子在等离子体中天然存在。在此，我们研究通过多PW激光脉冲与GeV电子束的正交碰撞、经非线性Breit-Wheeler过程产生电子-正电子对。我们研究了有利于正电子偏转向激光脉冲传播方向的条件，这有利于注入等离子体以进一步加速。我们利用OSIRIS粒子-in-胞框架证明，超高激光强度触发的辐射反作用在正电子注入中起着关键作用。它抑制了正电子从Breit-Wheeler过程获得的初始横向动量。对于本工作所用参数，至少需要2.2x10^23 W/cm^2的强度才能注入超过1%的所产生正电子。高于此阈值，注入正电子的百分比随强度迅速增加。此外，利用产生它们的同一激光脉冲在等离子体通道中对正电子的后续直接激光加速，可使最终正电子能量提升两倍。正电子在轴上的聚焦与导引由显著电子束负载提供，其改变了通道场的内部结构。
引用
@article{arxiv.2309.04258,
title = {Radiation-dominated injection of positrons generated by the nonlinear Breit-Wheeler process into a plasma channel},
author = {Dominika Maslarova and Bertrand Martinez and Marija Vranic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.04258},
year = {2023}
}