Previous experiments and modeling examining the impact of an underdense, pre-formed plasma in laser-plasma interactions have shown that the fast electrons are generated with energies higher than predicted by ponderomotive scaling [4, 3–14]. We report on experiments using the Texas Petawatt high intensity (150 fs, 1.5 × 1020 W cm−2) laser pulse, which were conducted to examine the mechanism for accelerating these high energy electrons. These experiments gauge the impact a controlled low density pre-formed plasma has on electron generation with a shorter time scale than previous experiments, 150–180 fs. Electron temperatures measured via magnetic spectrometer on experiment were found to be independent of preformed plasma. Supplemental computational results using 1D PIC simulations predict that super-ponderomotive electrons are generated inside a potential well in the pre-plasma [1]. However, while the potential well is established around 150 fs, the electrons require at least an additional 50 fs to be trapped and heated inside it.
これまでのレーザー・プラズマ相互作用における低密度の予備形成プラズマの影響を調べた実験とモデリングにより、高速電子がポンデロモーティブスケーリング[4, 3–14]によって予測されるエネルギーよりも高いエネルギーで生成されることが示されている。我々は、テキサス・ペタワット高強度（150 fs、1.5 × 10²⁰ W cm⁻²）レーザーパルスを用いた実験について報告する。この実験は、これらの高エネルギー電子を加速するメカニズムを調べるために実施されたものである。これらの実験は、制御された低密度の予備形成プラズマが、従来の実験よりも短い時間スケール（150–180 fs）での電子生成に及ぼす影響を評価するものである。磁気スペクトロメータによる電子温度の測定結果は、予備形成プラズマに依存しないことが判明した。1次元PICシミュレーションを用いた補足的な計算結果は、超ポンデロモーティブ電子が予備形成プラズマ内のポテンシャル井戸の中で生成されることを予測している[1]。しかしながら、ポテンシャル井戸は約150 fsで形成される一方、電子がその内部に捕捉され加熱されるには少なくともさらに50 fsを要する。