Эффекты вакуумного рождения частиц в сверхсильных полях в применении к лазерной физике и физике столкновений ультрарелятивистских тяжелых ионов

• Автор: Винник, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.21, 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Взаимосвязь между квантовой полевой теорией и кинетическим описанием

1.1 Базовая модель вакуумного рождения частиц сильным полем .

1.2 Бозоны и фермионы во внешнем поле.

1.3 Диагонализация гамильтониана и кинетическое уравнение для

скалярных бозонов.

1.4 Диагонализация гамильтониана и кинетическое уравнение для

ферм ионов .

1.5 Свойства источников вакуумного рождения частиц

1.5.1 Функция распределения.

1.5.2 Предел низкой плотности.
1.5.3 Альтернативный вывод кинетических уравнений
1.5.4 Направления и методы в теории вакуумного рождения .
2 Рождение пар постоянным электрическим полем
2.1 Сравнение с формулой Швингсра.
2.2 Сравнение с точным решением.
3 Учет обратной реакции самосогласованное описание
3.1 Концепция обратной реакции ВаскгеасПопз .
3.2 Ренормализация асимптотическое разложение
3.3 Ренормализация уравнение Максвелла.
3.4 Численное решение задачи обратной реакции . . . .
3.4.1 Приведение к безразмерной форме уравнений для численного решения.
3.4.2 Конфигурации среднего поля
3.4.3 Вакуумное рождение пар импульсом внешнего поля .
4 Вакуумное рождение ее пар в сильных полях рентгеновских лазеров на свободных электронах
4.1 Принцип действия лазеров на свободных электронах
4.2 Модельный эксперимент
4.3 Численное исследование вакуумного рождения в модельном лазерном поле
4.4 Резонансные явления в модельном лазерном поле
4.5 Сравнение с приближенными подходами .
5 Вакуумное рождение пар при столкновении ультрарелятивистских тяжелых ионов
5.1 Модели столкновения релятивистских тяжелых ионов.
5.2 Вакуумное рождение в цветовой трубке с обратной реакцией и релаксацией
5.3 Рождение дилептонных пар.
Заключение
Литература


В конце приведен список обозначений. В первой главе приведен вывод кинетический уравнений, описывающих вакуумное рождение пар заряженных частиц по механизму Швингера. В начале обсуждаются классы моделей, рассматриваемых в рамках предлагаемого подхода, а именно, системы не взаимодействующих заряженных скалярных бозонов и фермионов в классическом сильном среднем поле, а также самодействующих скалярных частиц. Далее анализируются полевые уравнения для бозонов и фермионов во внешнем поле в гамильтоновой калибровке, и после разделения переменных выполняется вторичное квантование систем частиц со спином 0 и 1/2 в минимальной связи со среднем полем. Реализуя идею диагоиализации локального гамильтониана, строится состояние мгновенного вакуума и пространство Фока с новыми, зависящими от времени квазичастичными операторами рождения(уничтожения). Различные представления связаны между собой унитарно неэквивалентными преобразованиями Боголюбова, для коэффициентов которого получены дифференциальные уравнения из требований сохранения коммутационных соотношений и диагональности локального гамильтониана. На основе этих уравнений получены кинетические уравнения с точными источниками вакуумного рождения пар частиц указанных сортов в пространственно однородных и зависящих от времени произвольным образом средних силовых полях. Приведен краткий обзор направлений и методов получения источников вакуумного рождения в литературе. Вторая глава посвящена исследованию вакуумного рождения во внешнем постоянном электрическом поле. Проведено детальное сравнение результатов численного решения точных кинетических уравнений и канонических результатов Швингера. Показано, что полученная в пределе бесконечно действующего среднего поля формула Швингера дает скорость линейного роста при пренебрежении процессами включсния(выключения) поля. На примере модельного поля проведено сравнение вклада краевых эффектов, где напряженность поля меняется от нуля до максимума и наоборот, и вклада от поля постоянной интенсивности. При этом оказалось, что в большинстве физически интересных ситуаций вклад от процессов включения (выключения) внешнего поля оказывается много больше, чем тот, который учитывает формула. Швингера. Одновременно проведено сравнение численного решения кинетических уравнений в специальном внешнем поле, допускающем точное аналитическое решение. Идеальное, вплоть до точности численных процедур, совпадение решений доказывает состоятельность подхода в целом. В третьей главе рассматривается задача построения самосогласованного описания динамики вакуумною рождения с учетом обратной реакции порожденной плазмы частиц и античастиц на инициирующее поле. Показано, что для перенормированных величин имеет место закон сохранения энергии-импульса, причем интеграл плотности числа частиц остается конечным и не нуждается в регуляризации. Проанализированы возможные способы задания начальных условий: инициирующим импульсом внешнего поля или начальным значением среднего самосогласованного поля. На численном решении с модельным импульсом внешнего поля продемонстрированы основные элементы эволюции: появление крупно-масштабных осцилляций среднего поля и функции распределения в импульсном пространстве, связанных с переходом энергии от поля к плазме и обратно; перегруппировка частиц по скоростям приводит к появлению множества резких пиков у функции распределения, что связано с параметрическим возбуждением системы в переменном поле. Четвертая глава содержит исследование вакуумного рождения электрон-позитрон ных пар в условиях встречных пучков рентгеновских лазеров нового поколения на свободных электронах. После краткого обзора принципа действия таких лазеров и последних достижений в экспериментальной технике, позволяющих ожидать в ближайшем будущем достижения интенсивности полей в сфокусированном пучке порядка 1? В/м при длине волны 0, нм, сформулирован модельный эксперимент, в котором магнитное иоле скомпенсировано суперпозицией плоских волн. Проведенные оценки показы- вают, что модельные предположения для.