Particle acceleration by means of nonlinear plasma wave interactions is of great topical interest. Accordingly, in this paper we focus on the electron surfing process. Self-consistent kinetic simulations, using both relativistic Vlasov and particle-in-cell (PIC) approaches, show here that electrons can be accelerated to highly relativistic energies (up to 100mec2) if the phase speed of the electrostatic wave is mildly relativistic (0.6c to 0.9c for the magnetic field strengths considered). The acceleration is strong because of relativistic stabilization of the nonlinearly saturated electrostatic wave, seen in both relativistic Vlasov and PIC simulations. An inverse power law momentum distribution can arise for the most strongly accelerated electrons. These results are of relevance to observed rapid changes in the radio synchrotron emission intensities from microquasars, gamma ray bursts and other astrophysical objects that require rapid acceleration mechanisms for electrons.
非線形プラズマ波動相互作用による粒子加速は、非常に重要な関心事である。そこで本論文では、電子サーフィン過程に焦点を当てる。相対論的Vlasov法と粒子インセル（PIC）法の両方を用いた自己無撞着な運動論的シミュレーションにより、静電波の位相速度が弱相対論的（考慮した磁場強度において0.6cから0.9c）であれば、電子が高相対論的エネルギー（最大100mec²）まで加速され得ることが示される。この加速は、非線形飽和した静電波の相対論的安定化によって強く促進され、その効果は相対論的Vlasov法とPIC法の両方で確認される。最も強く加速された電子については、べき乗則の運動量分布が生じ得る。これらの結果は、マイクロクエーサー、ガンマ線バースト、その他の電子の急速な加速機構を必要とする天体物理学的対象において観測される、電波シンクロトロン放射強度の急激な変化に関連するものである。