We present a theoretical investigation on the propagation of electromagnetic waves and electron plasma waves in high energy density plasmas using the covariant Wigner function approach. Based on the covariant Wigner function and Dirac equation, a relativistic quantum kinetic model is established to describe the physical processes in high-energy density plasmas. With the zero-temperature Fermi–Dirac distribution, the dispersion relation and Landau damping of waves containing the relativistic quantum corrected terms are derived. The relativistic quantum corrections to the dispersion relation and Landau damping are analyzed by comparing our results with those obtained in classical and non-relativistic quantum plasmas. We provide a detailed discussion on the Landau damping obtained in classical plasmas, non-relativistic Fermi plasmas and relativistic Fermi plasmas. The contributions of the Bohm potential, the Fermi statistics pressure and relativistic effects to the dispersion relation and Landau damping of waves are quantitatively calculated with real plasma parameters.
我々は、共変ウィグナー関数アプローチを用いて、高エネルギー密度プラズマ中の電磁波と電子プラズマ波の伝播に関する理論的考察を提示する。共変ウィグナー関数とディラック方程式に基づき、高エネルギー密度プラズマ中の物理過程を記述する相対論的量子動力学モデルを確立する。ゼロ温度フェルミ–ディラック分布を用いて、相対論的量子補正項を含む波の分散関係とランダウ減衰を導出する。分散関係とランダウ減衰に対する相対論的量子補正を、古典プラズマおよび非相対論的量子プラズマで得られた結果と比較することにより解析する。古典プラズマ、非相対論的フェルミプラズマ、および相対論的フェルミプラズマにおいて得られたランダウ減衰について詳細な議論を提供する。実在のプラズマパラメータを用いて、ボームポテンシャル、フェルミ統計圧力、および相対論的効果が波の分散関係とランダウ減衰に及ぼす寄与を定量的に計算する。