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我国强激光高能量密度物理研究获新进展

发布日期:2021-11-19 17:13

本文摘要:1905年,阿尔伯特爱因斯坦(AlbertEinstein)明确提出了著名的质量和能量公式(E=mc2),并考虑了能量和物质的等价性。在过去的一个世纪左右,人们仍然在寻找将能量和物质相互转化的方法。通过核裂变和核聚变,人们已经构建了从物质到能量的转化,给人类带来了可观的能量。 另一方面,如何将能量转化为物质仍然是科学研究中最重要的前沿课题。

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1905年,阿尔伯特爱因斯坦(AlbertEinstein)明确提出了著名的质量和能量公式(E=mc2),并考虑了能量和物质的等价性。在过去的一个世纪左右,人们仍然在寻找将能量和物质相互转化的方法。通过核裂变和核聚变,人们已经构建了从物质到能量的转化,给人类带来了可观的能量。

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另一方面,如何将能量转化为物质仍然是科学研究中最重要的前沿课题。20世纪90年代,在斯坦福直线加速器(SLAC)上,科学家利用46.6GeV电子束和强激光进行碰撞,成功产生正负电子对,构建了从能量到物质的转化。但是在这个实验中,高能电子束起着至关重要的作用。

如果有必要用强激光代替高能电子,那就需要激发真空产生粒子对,构建从能量到物质的转化,这将具有基础性的理论意义和应用前景。以前,在激光强度允许的情况下,人们仍然不能在实验室中建立这个过程。近年来,随着异速超快激光技术的缓慢发展,新的激光器件为积极开展这项研究获得了前所未有的实验条件。与此同时,人们投入大量精力在理论上挑战这个尚未解决的问题。

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对于超高激光强度,量子场论的微扰形式仍然局限于。1951年,诺贝尔奖获得者JulianSchwinger首次用非微扰法研究了真空穿透过程和强场中正负电子对的产生,估计临界电场强度为1016V/cm,合适的激光场强为1029W/cm2。

自从施温格的开创性工作以来,人们开始使用各种方法来研究强场条件下的非线性过程。随着对研究的理解,人们对量子场论有了更好的理解和全面的诠释。

量子场论是目前准确描述现实世界的物理理论之一。在量子场论的框架下,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(捐赠)光物理实验室、中国矿业大学、美国伊利诺伊州立大学、德国马克斯普朗克研究所等研究组共同合作,通过含时狄拉克方程的数值解获得场波函数,并利用非微扰理论研究强场作用下的真空穿透和正负电子对的产生过程。在之前的工作中,我们对Schwinger无穷大做了进一步的理论探索,发现如果考虑磁场效应,即使激光超过穿透真空所需的强度,正负电子对也不能连续产生。

这项工作已在《物理评论》上发表。


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