The new generation of multi-PetaWatt laser facilities will allow tests of strong field quantum electrodynamics (QED), as well as provide an opportunity for novel photon and lepton sources. The first experiments are planned to study the (nearly) head-on scattering of intense, focused laser pulses with either relativistic electron beams or high-energy photon sources. In this work, we present a numerical framework that can provide fast predictions of the asymptotic particle and photon distributions after the scattering. The method detailed in this manuscript can include multiple features such as spatial and temporal misalignment between the laser and the scattering beam, broadband electron beams, and beam divergence. The expected mean energy, energy spread, divergence or other observables are calculated by combining an analytical description and numerical integration. This method can provide results within minutes on a personal computer, which would otherwise require full-scale 3D QED-PIC simulations using thousands of cores. The model, which has been compiled into an open-source code QScatter, may be used to support the analysis of large-size data sets from high-repetition rate experiments, leveraging its speed for optimization or reconstruction of experimental parameters.
新世代のマルチペタワットレーザー施設は、強電場量子電気力学（QED）の検証を可能にし、また新規の光子源およびレプトン源の機会を提供するであろう。最初の実験は、強力で集光されたレーザーパルスと、相対論的電子ビームまたは高エネルギー光子源との（ほぼ）正面衝突散乱を研究するために計画されている。本研究では、散乱後の漸進的な粒子および光子分布の高速予測を提供できる数値的枠組みを提示する。本原稿で詳述する手法は、レーザーと散乱ビームとの間の空間的および時間的ミスアライメント、広帯域電子ビーム、ビーム発散などの複数の特徴を含むことができる。期待される平均エネルギー、エネルギー広がり、発散、その他の観測量は、解析的記述と数値積分を組み合わせることによって計算される。この手法は、パーソナルコンピュータ上で数分以内に結果を提供できるが、そうでなければ数千コアを用いた本格的な3D QED-PICシミュレーションが必要となる。このモデルは、オープンソースコードQScatterに実装されており、その速度を実験パラメータの最適化や再構成に活用することで、高繰り返し率実験からの大規模データセットの解析を支援するために使用される可能性がある。