In this paper we discuss the dynamics of charged particles in high-intensity laser fields in the context of the Frenet–Serret formalism, which describes the intrinsic geometry of particle world lines. We find approximate relations for the Frenet–Serret scalars and basis vectors relevant for high-intensity laser particle interactions. The onset of quantum effects relates to the curvature radius of classical trajectories being on the order of the Compton wavelength. The effects of classical radiation reaction are discussed, as well as the classical precession of the spin-polarization vector according to the Thomas–Bargman–Michel–Telegdi equation. We comment on the derivation of the photon emission rate in strong-field QED beyond the locally constant field approximation, which is used in Monte Carlo simulations of quantum radiation reaction. Such a numerical simulation is presented for a possible experiment to distinguish between classical and quantum mechanical models of radiation reaction.
本論文では、高強度レーザー場における荷電粒子のダイナミクスを、粒子の世界線の固有幾何学を記述するフレネ・セレ形式の枠組みで議論する。我々は、高強度レーザーと粒子の相互作用に関連するフレネ・セレスカラー量と基底ベクトルに対する近似関係式を導出する。量子効果の発現は、古典的な軌道半径がコンプトン波長のオーダーになることと関連する。古典的な放射反作用の効果に加えて、トーマス・バーグマン・ミシェル・テレグ方程式によるスピンの歳差運動の古典的記述についても議論する。また、モンテカルロシミュレーションで用いられる強場QEDにおける光子放出率の局所定数近似を超えた導出についても論じる。さらに、放射反作用の古典モデルと量子モデルを区別するための可能な実験について、そのような数値シミュレーションを示す。