In this work radiation reaction (RR), classically described as the backreaction of radiation emitted by an electron on its own dynamics, is investigated in a quantum framework. Theoretical studies in this field are of considerable interest, since unambiguous signatures of RR have not been reported yet and only a thorough theoretical understanding will pave the road towards the desired experimental validation. Here, we investigate signatures of RR in the experimentally highly interesting ultrarelativistic quantum regime and demonstrate possible detection schemes for novel signatures of previously untested physics. In detail, we study the influence of RR effects on the dynamics of electron beams interacting with intense laser pulses, which is found to be significantly altered by quantum effects. Next to this, we demonstrate how the inclusion of higher order photon emissions, in addition to the usually studied single-photon emission, reproduces quantum patterns in the angular distribution of the emitted radiation, which are strongly reminiscent of patterns attributed to classical RR effects. The numerical results presented in this work indicate the accessibility of the nonlinear quantum regime with available electron accelerator and laser technology, opening the possibility of finding answers to long-standing questions of electrodynamics.
本稿では、放射反作用（RR）——古典的には電子が自身の運動に及ぼす放射の反作用として記述される——を量子論的枠組みで考察する。この分野の理論研究は非常に重要である。なぜなら、RRの明確なシグネチャーは未だ観測されておらず、所望の実験的検証への道を拓くのは徹底した理論的理解のみだからである。ここでは、実験的に極めて興味深い超相対論的量子領域におけるRRのシグネチャーを調査し、これまで検証されていない新たな物理の検出スキームを実証する。具体的には、高強度レーザーパルスと相互作用する電子ビームのダイナミクスに対するRR効果の影響を研究し、それが量子効果によって有意に変容することを見出す。さらに、通常考慮される単一光子放出に加えて高次光子放出過程を含めることにより、放出放射の角度分布に現れる量子パターンが、古典的RR効果に帰属されるパターンと強く類似することを示す。本稿で提示する数値結果は、既存の加速器およびレーザー技術を用いて非線形量子領域へのアクセスが可能であることを示唆し、電気力学の長年にわたる未解決問題への解答の可能性を開くものである。