基于实时格点标量 QED 的相对论量子等离子体模拟

实时格点量子电动力学（QED）为模拟强场 regime 下的等离子体提供了独特工具，其中集体等离子体尺度与相对论量子尺度并未良好分离。作为玩具模型，我们研究标量 QED，其描述了带电玻色子与电磁场之间的自洽相互作用。为在计算机上求解该模型，我们首先在格点上离散化标量 QED 作用量，方式上尊重外微积分的几何结构与 U(1) 规范对称性。该格点标量 QED 随后可在经典统计 regime 下，通过使用由离散作用量取极值得到的经典场方程，对统计等价的初始条件系综随时间推进来求解。为展示我们数值方案的能力，我们将其应用于两个示例问题。第一个例子是线性波的传播，其中我们利用数值谱恢复了解析波色散关系。第二个例子是强激光与一维等离子体薄板的相互作用，其中我们展示了当波幅超过 Schwinger 阈值时从尾场加速到对产生的自然过渡。我们的实时格点方案完全显式并尊重局域守恒律，使其对长时间动力学可靠。该算法易于使用区域分解并行化，且该系综未来可利用量子并行计算。