The paper examines the prospects of using laser plasmas for studying novel regimes of the magnetic field line reconnection and charged particle acceleration. Basic features of plasma dynamics in the three-dimensional configurations relevant to the formation of current sheets in a plasma are addressed by analyzing exact self-similar solutions of the magneto-hydrodynamics and electron magneto-hydrodynamics equations. Then the magnetic field annihilation in the ultrarelativistic limit is considered, when the opposite polarity magnetic field is generated in collisionless plasma by multiple laser pulses, in the regime with a dominant contribution of the displacement current exciting a strong large-scale electric field. This field leads to the conversion of the magnetic energy into the kinetic energy of accelerated particles inside a thin current sheet. Charged particle acceleration during magnetic field reconnection is discussed when radiation friction and quantum electrodynamics effects become dominant.
本論文は、磁力線リコネクションと荷電粒子加速の新規な物理過程を研究するためのレーザープラズマの利用可能性について考察するものである。プラズマ中の電流層形成に関連する三次元配位におけるプラズマ力学の基本的特徴は、磁気流体力学および電子磁気流体力学方程式の厳密な自己相似解を解析することによって明らかにされる。さらに、複数のレーザーパルスによって無衝突プラズマ中に生成される逆符号磁場の消滅過程を、放射摩擦および量子電磁気学的効果が支配的となる極限的相対論的状況において考察する。このとき、変位電流の寄与が卓越する領域では大規模な電場が励起され、この電場が薄い電流層内部での磁気エネルギーから加速粒子の運動エネルギーへの変換を促進する。放射摩擦と量子電磁気学的効果が支配的となる条件下での磁力線リコネクションに伴う荷電粒子加速機構についても議論する。