The ability of an intense laser pulse to propagate in a classically over-critical plasma through the phenomenon of relativistic transparency is shown to facilitate the generation of strong plasma magnetic fields. Particle-in-cell simulations demonstrate that these fields significantly enhance the radiation rates of the laser-irradiated electrons, and furthermore they collimate the emission so that a directed and dense beam of multi-MeV gamma-rays is achievable. This capability can be exploited for electron–positron pair production via the linear Breit–Wheeler process by colliding two such dense beams. Presented simulations show that more than 103 pairs can be produced in such a setup, and the directionality of the positrons can be controlled by the angle of incidence between the beams.
強力なレーザーパルスが、相対論的透明化という現象を通じて古典的に過密なプラズマ中を伝搬できる能力は、強いプラズマ磁場の生成を促進することが示される。粒子インセルシミュレーションは、これらの磁場がレーザー照射された電子の放射率を有意に増強し、さらにその放射をコリメートして、指向性のある高密度の多MeVガンマ線ビームが達成可能であることを実証する。この能力は、そのような高密度ビームを2つ衝突させることによる線形ブライト・ウィーラー過程を介した電子・陽電子対生成に利用できる。提示されたシミュレーションは、このようなセットアップで10³を超える対が生成可能であり、陽電子の方向性はビーム間の入射角によって制御できることを示している。