非平面波强电磁场中量子电动力学散射问题的非微扰理论和计算研究

基本信息
批准号:11774415
项目类别:面上项目
资助金额:61.00
负责人:胡华雨
学科分类:
依托单位:中国空气动力研究与发展中心
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李文涛,李学明,石安华,李俊玲
关键词:
量子电动力学效应强激光场非微扰方法正负电子对产生非平面波
结项摘要

The development of strong laser technology has a fundamental influence on many research areas, and poses new questions to the strong-field quantum electrodynamics research. The main theoretical challenge is to develop new methods based on the fundamental quantum electrodynamics principles to study the nonperturbative light-matter interaction in a strong electromagnetic field. As for a plane-wave field, a laser-dressed QED method has been developed, but for a general non-plane-wave field, such as a focused field or a multi-beam-colliding field with especially experimental relevance, a series of bottleneck problems are encountered in theoretical study, which hinders the theoretical ability to explain the measured results and discover new physical problems. In this project, it is intended to make a breakthrough in the theory and techniques, by developing theoretical and numerical methods to effectively solve the Klein-Gordon equation and Dirac equation, studying the quantum dynamics in non-plane-wave fields in detail, and on this basis constructing non-perturbative theoretical and numerical methods with a clear physical picture and mathematical rigor to solve the scattering problem in a non-plane-wave strong field. In this way, strong field electrodynamics problems can be explored without constraints on the configuration of the field. Laser-induced Compton scattering, laser-induced pair production and laser-assisted bremsstrahlung will be studied, in order to offer deeper insights in the strong field quantum physics, and provide prediction as well as comparison data for experiments in the future.

超强激光技术的发展给众多学科领域带来了深远的影响,也给强场量子电动力学研究提出了新的问题,最主要的挑战是如何从量子电动力学基本原理出发,研究强电磁场环境中光和物质的非微扰相互作用。对于平面波场,已经发展出激光缀饰QED方法,但对于一般构型的非平面波场,例如与实验紧密相关的聚焦场、多光束汇聚场等,理论研究遇到了一系列瓶颈问题,限制了对实验的解释和发现新物理问题的能力。本项目将突破原有理论和技术的局限,发展高效求解量子力学Klein-Gordon方程和Dirac方程的理论和数值方法,细致研究非平面波强场中粒子的量子动力学,在此基础上建立具有清晰物理图像和严格数学推导的处理非平面波强电磁场中散射问题的非微扰理论和计算方法,来解决不限构型的强场中量子电动力学问题,包括激光诱导康普顿散射、激光诱导正负电子对产生和激光辅助韧致辐射,深入理解强场量子物理现象,为下一步实验发展提供可靠的预测和对比数据。

项目摘要

深入研究强电磁场与物质的相互作用就需要考虑电磁场时空结构的影响,因此必须发展超越平面波-缀饰方法的更普遍的强场量子电动力学方法。通过2018年-2021年四年的研究,我们对申请书提出的非平面波强电磁场量子电动力学领域关键科学问题和理论计算难点问题开展了攻关探索,完成了申请书提出的研究内容,包括相对论量子力学方程的高精度和高效数值求解研究、非平面波强场中量子电动力学散射问题的非微扰理论和计算方法研究、非平面波强激光场中正负电子对产生和Compton散射过程研究、非平面波强激光场中真空极化现象研究、强库伦场中电子对湮灭研究、强激光场与库伦场组合场中电子动力学和辐射研究,等。发展了非平面波中正负电子对产生、湮灭、光子散射等的理论和计算方法,通过理论推演和数值计算发现了新的现象、辨识了新的规律、揭示了新的机理,为强激光物理实验提供了理论支持和新的设计方案。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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