Relativistic Thomson Scattering Investigations with in Situ Electrons in the Focus at the Petawatt Level

拍瓦级聚焦原位电子的相对论汤姆逊散射研究

基本信息

  • 批准号:
    2010392
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The development of lasers capable of delivering extreme intensities in a short time period has placed us at the threshold of a new era for experimental investigation. As these tools mature over the next few years, they will enable exploration of phenomena associated with matter and antimatter that could help with the interpretation of recent astrophysical observations as well as shed light on a variety of fundamental questions such as the Standard Model of Particle Physics and Dark Matter. A major roadblock inhibiting their employment, however, is a reliable way to measure intensities. This project is devoted to developing an intensity gauge that is straightforward to implement and transferable to other laboratories. Establishing suitable techniques for intensity measurement is a long-standing desire of the laser community. A host of studies ranging from generating novel light sources to probing warm dense matter to developing laser-based medical applications will also benefit greatly from this project. Together with the emphasis on international engagement, and including underrepresented minorities and in this endeavor, this project is providing a much-needed instrument while training a diverse cadre of students.The development of multi-petawatt lasers of short duration has placed us at the threshold of a new era. Critical experimental investigations of nonlinear aspects of electrodynamics -- how light interacts with matter and itself, -- which largely undergirds our current understanding of the quantum vacuum, will be possible. A major roadblock inhibiting progress towards realizing precision measurement at the petawatt level is an ability to measure the intensity directly. This project is devoted to developing an intensity gauge that is (i) straightforward to implement, not requiring a major experimental effort to employ, (ii) minimally intrusive, allowing the primary experiment to be performed uninhibited, (iii) sensitive to beam characteristic changes that can degrade the energy in the focus from shot to shot and (iv) single-shot capable. A promising technique meeting these desires is based on relativistic Thomson scattering. Details of Thomson scattering are being investigated by (i) monitoring the fundamental and second-harmonic radiation, (ii) measuring the angular distribution of the radiation and (iii) measuring the energy and angular distribution of the Thomson scattered electrons, born in situ and ejected by the ponderomotive potential of the laser. Correlating the ejected electron with Doppler-shifted radiation is enabling a model of the Thomson scattering to be created. The project will include direct engagement with high-power laser facilities worldwide, including the Extreme Light Infrastructure (ELI) facilities in Czech Republic and Romania.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
能够在短时间内提供极端强度的激光的发展使我们处于实验研究的新时代的门槛。 随着未来几年的这些工具的成熟,它们将能够探索与物质和反物质相关的现象,这可以帮助解释最近的天体物理观测,并阐明各种基本问题,例如粒子物理和暗物质的标准模型。 但是,抑制其就业的主要障碍是衡量强度的可靠方法。 该项目致力于开发一个直接实施并转移到其他实验室的强度计。 建立适当的技术测量技术是激光社区的长期渴望。 从产生新的光源到探测温暖的密集物质到开发基于激光的医疗应用的许多研究也将从该项目中受益匪浅。 加上对国际参与以及包括代表性不足的少数群体的重视,在这项工作中,该项目在培训各种学生的干部时提供了急需的工具。持续时间短的多人激光的发展使我们置于一个新时代的阈值。 对电动力学非线性方面的批判性实验研究 - 光与物质和自身之间的相互作用 - 在很大程度上使我们目前对量子真空的理解是可能的。 在petawatt水平上实现精确度量的主要障碍是一种直接测量强度的能力。 该项目致力于开发(i)直接实施的强度计,而不需要采用重大的实验努力,(ii)最小化的侵入性,使主要实验不受限制地进行,(iii)对光束特征敏感,可以使能量从焦点中降低焦点的射击和(iv)能力(iv)有能力的单击功能。 满足这些欲望的一种有希望的技术是基于相对论的汤姆森散射。 通过(i)监测基本和第二谐波辐射,(ii)测量辐射的角度分布以及(iii)测量汤姆森散射电子的能量和角度分布,并通过(iii)测量汤姆森散射的细节。 将弹出电子与多普勒偏移的辐射相关联,可以创建汤姆森散射的模型。 该项目将包括与全球高功率激光器设施的直接互动,包括捷克共和国和罗马尼亚的极端光基础设施(ELI)设施。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的审查标准通过评估来通过评估来支持的。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Towards a direct measurement of the quantum-vacuum Lagrangian coupling coefficients using two counterpropagating super-intense laser pulses
使用两个反向传播的超强激光脉冲直接测量量子真空拉格朗日耦合系数
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/ac51a7
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Roso, Luis;Lera, Roberto;Ravichandran, Smrithan;Longman, Andrew;He, Calvin Z.;Pérez-Hernández, José Antonio;Apiñaniz, Jon I.;Smith, Lucas D.;Fedosejevs, Robert;Hill, III, Wendell T.
  • 通讯作者:
    Hill, III, Wendell T.
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    $ 65.15万
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    2015
  • 资助金额:
    $ 65.15万
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    2009
  • 资助金额:
    $ 65.15万
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    0555636
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    2006
  • 资助金额:
    $ 65.15万
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    Continuing Grant
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    0245592
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    2003
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    $ 65.15万
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