激光-等离子体相互作用中自旋与偏振效应对非线性 Breit-Wheeler 对产生的影响

在两束反向传播的直线偏振 10-PW 级激光脉冲与薄箔靶的相互作用中，研究了电子/正电子 ($e^-$/$e^+$) 的自旋效应与 $\gamma$ 光子的偏振效应。基于分辨自旋与偏振的概率，将非线性 Compton 散射与非线性 Breit-Wheeler 对产生过程以蒙特卡洛方法植入粒子-in-cell (PIC) 算法。PIC 模拟发现，所发射 $\gamma$ 光子的平均线偏振度可超过 $50\%$。该偏振效应使正电子产额降低约 $10\%$。在部分中等正电子能量处，降幅可达 $20\%$。此外，我们还观察到，由于自旋依赖的光子发射，$e^-$/$e^+$ 的局域自旋极化导致正电子产额轻微下降约 $2\%$，并在高能区出现关于正电子能谱与光子偏振的某些反常现象。我们的结果表明，在 10-PW 级激光功率下计算对产生与激光-等离子体相互作用时，应考虑自旋与偏振效应。