Генерация электрон-позитронных пар при скользящем падении импульсного лазерного излучения на фольгу

Аннотация: Исследовано образование электрон-позитронных пар в результате взаимодействия лазерного излучения с плоской плазменной мишенью закритической плотности (фольгой). С помощью полноразмерного трёхмерного численного моделирования методом частиц в ячейках с учётом квантово-электродинамических эффектов определены такие параметры образованных пар, как их число, концентрация, спектр и угловое распределение. Исследованы две конфигурации взаимодействия, использующие различные схемы фокусировки шести лазерных пучков с параметрами, ожидаемыми на установке XCELS, на плоскую твердотельную мишень. Рассмотренные конфигурации являются неоптимальными с точки зрения максимально достижимых параметров на данной лазерной установке, но надёжными и достаточно простыми с точки зрения практической реализации. Показано, что даже в таких конфигурациях возможна генерация электрон-позитронных пар с энергиями вплоть до единиц ГэВ, полным числом частиц более 10¹¹ и средней концентрацией 2×10²⁰ см^–3. Генерация электрон-позитронной плазмы с такими параметрами открывает возможности для лабораторного исследования ряда астрофизических процессов.

Ключевые слова: образование электрон-позитронных пар, процесс Брейта – Уилера, моделирование методом частиц в ячейках.