The interaction of intense electromagnetic waves with electron–positron () plasmas is studied by particle-in-cell simulations and theoretical analysis. It is found that an initial underdense plasma can become opaque under the irradiation of a relativistically intense laser pulse. The strong ponderomotive force of the relativistic laser pulse and the small mass density of the plasma can combine to induce the efficient pile-up of the electrons and positrons at the front of the laser pulse. Therefore, the local plasma density at the laser pulse front increases dramatically and finally the initial underdense plasma becomes opaque. This relativistic-induced opacity effect of plasmas is opposite to the well-known relativistic-induced transparency effect, in which an initial overdense electron-ion plasma can become transparent to a relativistically intense laser pulse. Further, the significant red shift of reflected lights as well as the efficient generation of energetic positrons are investigated in the relativistic-induced opacity of plasmas. This relativistic-induced opacity effect is a peculiar phenomenon in the plasmas, which may be encountered in the high-energy astrophysical phenomena or in the interactions of intense lasers with matters in the laboratories.
強力な電磁波と電子・陽電子プラズマとの相互作用を、粒子インセルシミュレーションと理論解析によって研究した。相対論的に強力なレーザーパルスの照射下で、初期の低密度プラズマが不透明になり得ることが見出された。相対論的レーザーパルスの強いポンデロモーティブ力とプラズマの小さな質量密度が組み合わさることで、レーザーパルス前面における電子と陽電子の効率的な堆積が誘起され得る。その結果、レーザーパルス前面の局所プラズマ密度が劇的に増加し、最終的に初期の低密度プラズマは不透明となる。このプラズマの相対論的誘起不透明化効果は、初期の高密度電子・イオンプラズマが相対論的に強力なレーザーパルスに対して透明になり得るという、よく知られた相対論的誘起透明化効果とは対照的である。さらに、プラズマの相対論的誘起不透明化における反射光の顕著な赤方偏移と、高エネルギー陽電子の効率的な生成についても調べた。この相対論的誘起不透明化効果は、プラズマにおける特異な現象であり、高エネルギー天体物理現象や、実験室における強力レーザーと物質との相互作用において遭遇し得るものである。