正負電子對產生過程中不同外場寬度下的多光子躍遷效應*

江淼 鄭曉冉 林南省 李英駿

1) (中國礦業大學(北京)理學院,北京 100083)

2) (中國礦業大學(北京),深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室,北京 100083)

3) (首都師范大學,太赫茲光電子學教育部重點實驗室,北京 100048)

在高頻振蕩的外場中,可通過多光子躍遷過程在真空中激發出正負電子對.本文運用計算量子場論的方法數值求解了狄拉克方程,通過觀察產生粒子在能量上的分布,對外場寬度在正負粒子產生過程中的影響進行了分析.當場寬較大時,光子躍遷過程模式較為單一,主要在能量對稱的區域發生,且單光子躍遷的概率遠大于其他多光子過程;而當場寬較小時,雙光子躍遷過程的概率大幅增加至和單光子過程同數量級,并且躍遷能量為外場頻率整數倍的非對稱躍遷都有可能發生.此外,在其他躍遷能量上激發出正負電子對也存在一定概率,粒子躍遷較寬場時呈現出更為復雜的模式.

1 引言

根據量子電動力學的理論可以預測,當外場達到一定強度時,真空將被激發出極化狀態.1951 年,Schwinger[1]計算出了能夠“擊穿”真空的穩恒電場強度,這項開創性的工作吸引了許多學者的注意,從而開展對正負電子對產生過程的深入研究.對于一個空間均勻且不隨時間變化的電場,產生真空極化的閾值為Ec=1.32×1016V/cm,相應的激光強度需要達到 1029W/cm2.在20 世紀80 年代初,實驗上曾嘗試用重離子對撞產生交疊的庫侖場來激發出超臨界電場,并檢測到了正電子的產生[2,3].但是,這里產……