Fermionic signal of vacuum polarization in strong laser fields

物理 光子 双折射 极化(电化学) 蒙特卡罗方法 线极化 真空极化 激光器 光学 量子力学 数学 化学 物理化学 统计
作者
Yanan Dai,Karen Z. Hatsagortsyan,Christoph H. Keitel,Yue-Yue Chen
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevd.110.012008
摘要

Vacuum polarization (VP) is investigated for the interaction of a polarized γ-ray beam of GeV photons with a counterpropagating ultraintense laser pulse. In a conventional setup of a vacuum birefringence measurement, a VP signal is the emerging small circular (linear) polarization of the initially linearly (circularly) polarized probe photons. The pair production via the nonlinear Breit-Wheeler process in such a high-energy environment eliminates part of the γ photons in the outgoing γ beam, increasing the statistical error and decreasing the accuracy of this VP signal. In contrast, we investigate the conversion of the emerging circular polarization of γ photons into longitudinal polarization of the created positrons, considering the latter as the main VP signal. To study the VP effects in the highly nonlinear regime, where the Euler-Heisenberg effective Lagrangian method breaks down, we have developed a Monte Carlo simulation method, incorporating vacuum birefringence and dichroism via the one-loop QED probabilities in the locally constant field approximation. Our Monte Carlo method will enable the study of VP effects in strong fields of arbitrary configuration. With 10 PW laser systems, we demonstrate the feasibility of detecting the fermionic signal of the VP effect at the 5σ confidence level with a few hours of measurement time. Published by the American Physical Society 2024
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