Observing multiphoton electron–positron pair production (the nonlinear Breit–Wheeler process) requires high-energy γ rays to interact with strong electromagnetic fields. In order for these observations to be as precise as possible, the γ rays would ideally be both mono-energetic and highly polarized. Here we perform Monte Carlo simulations of an experimental configuration that accomplishes this in two stages. First, a multi-GeV electron beam interacts with a moderately intense laser pulse to produce a bright, highly polarized beam of γ rays by inverse Compton scattering. Second, after removing the primary electrons, these γ rays collide with another, more intense, laser pulse in order to produce pairs. We show that it is possible to measure the γ-ray polarization dependence of the nonlinear Breit–Wheeler process in near-term experiments, using a 100 TW class laser and currently available electron beams. Furthermore, it would also be possible to observe harmonic structure and the perturbative-to-nonperturbative transition if such a laser were colocated with a future linear collider.
多光子電子陽電子対生成（非線形ブライト・ウィーラー過程）の観測には、高エネルギーのガンマ線が強い電磁場と相互作用することが必要である。これらの観測を可能な限り精密にするためには、ガンマ線は理想的に単色かつ高偏極であることが望ましい。ここでは、このことを2段階で実現する実験構成のモンテカルロシミュレーションを行う。まず、多GeV電子ビームが中程度の強度のレーザーパルスと相互作用し、逆コンプトン散乱によって高輝度で高偏極のガンマ線ビームを生成する。次に、一次電子を除去した後、これらのガンマ線は対生成を行うために、別のより強力なレーザーパルスと衝突する。我々は、100 TW級レーザーと現在利用可能な電子ビームを用いることで、近い将来の実験において非線形ブライト・ウィーラー過程のガンマ線偏極依存性を測定することが可能であることを示す。さらに、そのようなレーザーが将来のリニアコライダーに併設されれば、高調波構造と摂動から非摂動への遷移を観測することも可能であろう。