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B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf B. Kämpfer PW Laser Workshop, HZDR 2011 Strong-Field Physics: Summary G. Paulus, C. Harvey, F. Karbstein, A. Ildert Hatsagortsyan, D. Seipt, A. Di Piazza, S. Smolyans N. Elkina, C. Klier (in the order of the talks)

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Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

B. Kämpfer

PW Laser Workshop, HZDR 2011

Strong-Field Physics: Summary G. Paulus, C. Harvey, F. Karbstein, A. Ilderton, K. Hatsagortsyan, D. Seipt, A. Di Piazza, S. Smolyansky, N. Elkina, C. Klier

(in the order of the talks)

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HighlightsRosner: FAIR/APPA/SPARC e+ e- high-field QED testsPaulus: birefringence in e.m. field - prospects for XFEL + PW LHarvey: LL radiation damping tests in PW L vs. XFEL: reflection of e- in counterpropagating wave Karbstein: seeking field configurations for large effects of e+ e- pair production and birefringenceIlderton: do better than E-144 – mass shiftHatsagortsyan: e.m. modulation of vacuum – Bragg scatt. & streak camera via e+ e- in gamma raysSeipt: short-pulse physics of Compton & e+ e-Di Piazza: radiation damping & cascadesSmolyansky: kinetics for SchwingerElkina: kinetics for cascades and related plasma processesKlier: plasma processes

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Energy Scales

E [eV]1 10^4 10^9

m

XFEL

PW laser PW e- XFELe- beam

opportunities: - PW laser + XFEL e+ e- pair production deeply below threshold birefringence - XFEL + PW e- beam Compton 2-photon Compton

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Gauge Theories w/o SSB Abelian (QED) non-Abelian (QCD)

E E

1/137

1

sQCD pQCD

Land

au p

ole

UV

sla

very

asymp. freedom

non-trivial vacuum:condensates

not neccessary weak-coupling:alpha too large

Furry picture: A = A_sQED + A_pQED

resummed to all orders in alpha

0

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Strong Fields

FELIX

LCLS

Ti:Sa

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Electron in Laser Pulse

D. Seipt et al., 2010

circ lin

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Thomson-Compton Effect + + ... + u channel

Compton

Heinzl, Seipt, BK, PRA 2010Seipt, BK, PRA 2011Seipt, BK, PR ST AB 2011

clas

sica

l

sQ

ED

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Cross Channel: Pair Production

+ + ...

Breit-Wheeler

T. Nousch, diploma thesis, Dresden 2011

1st

2nd

3rd

Ritus 1985

m*

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Two-Photon Compton Processas a Signature of Unruh Effect

+ + ... + exchange

Unruh: frame dependence of vacuum T_U ~ acceleration accelerated electron emits entangled photon pairs

Suenert, diploma thesis Dresden 2010; Seipt, BK, 2011

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Trident Process(= Virtual Compton Process)

(= cross channel of Moller/Bhaba scattering)

Di Piazza et al., PRL 2010 Ilderton, PRL 2011

photon propagator: on-shell + off-shell Oleinik divergences/Zeldovich levels

first step in cascades: avalanches of e+ e- pairs plasma

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Birefrigence in e.m. Wave

+ ...

light-light scatt.Heinzl et al, Opt. Comm. 2006

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e+ e- Nano Droplets Yaresko, Munshi, BK, Phys. Plasma 2011Munshi, BK, PRA 2009

analog to early universe: e+ e- annihilation

Hartmann, Otto, BK, 2011

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Muon Pair Production

Titov, BK, PR ST AB 2009

Bethe-Heitler

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Neutrino Pair Production

Titov, BK, Hosaka, Takabe, PRD 2011

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Le Chatelier‘s Principle (1885)a system under stress populates new degrees of freedom(minimizes the disturbance) high-intensity e.m. field decays into e+ e- pairs

is not a threshold effect, no criticality

quantum kineticsBlaschke, Gregory, Smolyansky et al.Hebenstreit, Alkofer, PRL

Ringwald, PLB 2001

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Summary/Outlook

Helmholtz beam line at XFEL= XFEL + PW Laser = great potential for precision tests of strong-field QED