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高强度的激光器的发展使我们处于实验研究新时代的门槛。 随着这些工具在未来几年内不断成熟,它们将能够探索与物质和反物质相关的现象,这有助于解释最近的天体物理观测结果,并阐明各种基本问题,例如粒子物理学的标准模型和暗物质。 然而,阻碍他们就业的一个主要障碍是衡量强度的可靠方法。 该项目致力于开发一种易于实施并可转移到其他实验室的强度计。 建立合适的强度测量技术是激光界长期以来的愿望。 从产生新型光源到探测温暖致密物质再到开发基于激光的医疗应用等一系列研究也将从该项目中受益匪浅。 加上对国际参与的重视,以及包括代表性不足的少数群体在内的努力,该项目在培训多元化学生骨干的同时提供了急需的工具。短时多拍瓦激光器的开发使我们处于门槛新时代的。 对电动力学非线性方面(光如何与物质及其自身相互作用)的关键实验研究将成为可能,这在很大程度上巩固了我们目前对量子真空的理解。 阻碍实现拍瓦级精确测量的主要障碍是直接测量强度的能力。 该项目致力于开发一种强度计,该强度计(i)易于实施,不需要进行大量实验工作,(ii)侵入性最小,允许不受限制地进行主要实验,(iii)对光束特性变化敏感这可能会降低每次拍摄时焦点的能量,以及 (iv) 单次拍摄能力。 满足这些愿望的一种有前景的技术是基于相对论汤姆逊散射。 汤姆逊散射的细节正在通过以下方式进行研究:(i)监测基波和二次谐波辐射,(ii)测量辐射的角分布,以及(iii)测量原位产生的汤姆逊散射电子的能量和角分布由激光的质动力势喷射。 将喷射电子与多普勒频移辐射关联起来,可以创建汤姆逊散射模型。 该项目将包括与世界各地的高功率激光设施的直接合作,包括捷克共和国和罗马尼亚的极光基础设施 (ELI) 设施。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和技术进行评估,被认为值得支持。更广泛的影响审查标准。

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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    $ 65.15万
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    2009
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    $ 65.15万
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    $ 65.15万
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