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. 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