RUI: Providing Strong Field Quantum Electrodynamics Experiments to Cal Poly
RUI:为加州理工学院提供强场量子电动力学实验
基本信息
- 批准号:2012549
- 负责人:
- 金额:$ 47.05万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-08-01 至 2025-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Quantum Electrodynamics (QED) is the relativistic quantum field theory of electrodynamics that describes how matter and light interact. In the regime of weak electromagnetic fields, the predictions of QED are calculated via perturbation theory that has been tested and validated in depth with remarkable agreement by experiments such as the Lamb shift of the energy levels of hydrogen. This award will allow the measurement of QED in the presence of strong fields at or above a critical field, called the Schwinger Field, where perturbative techniques are no longer applicable. Quantum electrodynamics predicts that in the presence of very strong electric fields the vacuum becomes strongly polarized, spontaneous electron-positron pair creation occurs, and photons are subject to vacuum birefringence. Using advances in laser technology, it is now possible to measure strong field QED (SFQED) phenomena deep into the non-perturbative regime. In this award, particle physics, plasma physics, and optical physics are used in colliding a high energy electron beam (13 GeV) with an intense laser pulse (I 1020 W cm-2) at the Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests-II (FACET-II) at the SLAC National Accelerator Laboratory as part of the Strong Field Quantum Electrodynamics (SFQED) E-320 collaboration. The aim of this research is to advance the study of light-matter interaction in the nonperturbative regime of QED, improving some parameters by orders of magnitude. This award will use the FACET-II facilities at the SLAC National Accelerator Laboratory to enhance the experimental physics research, teaching, and outreach in particle physics at the California Polytechnic State University at San Luis Obispo (Cal Poly). The proposed work intends to: i) collaborate on SFQED physics between Cal Poly and the E-320 international collaboration at SLAC; ii) take part in the assembly and operation of the fundamental SFQED experiments at SLAC; iii) simulate SFQED nonlinear Compton scattering and vacuum pair production in the perturbative regime given the FACET-II and laser operating conditions; iv) develop a fast, high resolution charge particle detector using commercially available Silicon strip detectors that will be employed in a future upgrade of the experiment; v) write real time data analysis software for particle, laser and beam detectors that will be displayed during data taking in the SLAC main control room; vi) provide support and training of students, including students from underrepresented backgrounds, at a predominately undergraduate institution in the field of experimental particle physics at a world class research facility. This research will provide the PI and Cal Poly undergraduate students research experiences in SFQED during the summer at SLAC and during the academic year at Cal Poly. The research allows the principle investigator and Cal Poly undergraduate students the opportunity to push the intensity frontier in particle physics that can potentially provide information on the fundamental nature of matter and space.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.
量子电动力学 (QED) 是电动力学的相对论量子场论,描述物质和光如何相互作用。在弱电磁场范围内,QED 的预测是通过微扰理论计算的,该理论已经通过氢能级的兰姆位移等实验进行了深入的测试和验证,与实验结果显着一致。该奖项将允许在存在等于或高于临界场(称为施温格场)的强场的情况下测量 QED,在该场中微扰技术不再适用。量子电动力学预测,在存在非常强的电场的情况下,真空会变得强烈极化,会自发地产生电子-正电子对,并且光子会受到真空双折射的影响。利用激光技术的进步,现在可以测量非微扰区域深处的强场 QED (SFQED) 现象。在该奖项中,粒子物理学、等离子体物理学和光学物理学被用于在高级加速器实验测试设施-II (Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests-II ( FACET-II)在 SLAC 国家加速器实验室作为强场量子电动力学 (SFQED) E-320 合作的一部分。这项研究的目的是推进 QED 非微扰状态下光与物质相互作用的研究,将一些参数提高几个数量级。该奖项将使用 SLAC 国家加速器实验室的 FACET-II 设施来加强加州理工州立大学圣路易斯奥比斯波分校(加州理工大学)在粒子物理学方面的实验物理研究、教学和推广。拟议的工作旨在: i) 加州理工学院和 SLAC 的 E-320 国际合作项目在 SFQED 物理方面进行合作; ii) 参与 SLAC 基本 SFQED 实验的组装和操作; iii) 在给定 FACET-II 和激光操作条件的情况下,模拟微扰状态下的 SFQED 非线性康普顿散射和真空对产生; iv) 使用商用硅条探测器开发快速、高分辨率的带电粒子探测器,该探测器将用于未来的实验升级; v) 为粒子、激光和光束探测器编写实时数据分析软件,这些软件将在 SLAC 主控制室采集数据时显示; vi) 在世界一流研究设施的实验粒子物理领域的本科院校中,为学生(包括来自代表性不足的背景的学生)提供支持和培训。这项研究将为 SLAC 暑假期间和加州理工学院学年期间的 SFQED 本科生和 PI 提供研究经验。这项研究使首席研究员和加州理工学院的本科生有机会推动粒子物理学的强度前沿,有可能提供有关物质和空间基本性质的信息。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被认为值得通过评估获得支持利用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A liquid xenon positron target concept
液态氙正电子靶概念
- DOI:10.1016/j.nima.2023.168329
- 发表时间:2023-08
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Varverakis, Ma;Holtzapple, Robert;Fujii, Hiroki;Gessner, Spencer
- 通讯作者:Gessner, Spencer
High-resolution modeling of nonlinear Compton scattering in focused laser pulses
聚焦激光脉冲中非线性康普顿散射的高分辨率建模
- DOI:10.1103/physrevd.106.013010
- 发表时间:2022-07
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Nielsen, C. F.;Holtzapple, R.;King, B.
- 通讯作者:King, B.
Radiation reaction near the classical limit in aligned crystals
排列晶体中接近经典极限的辐射反应
- DOI:10.1103/physrevd.102.052004
- 发表时间:2020-09
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Nielsen, C. F.;Justesen, J. B.;Sørensen, A. H.;Uggerhøj, U. I.;Holtzapple, R.
- 通讯作者:Holtzapple, R.
Precision Measurement of Trident Production in Strong Electromagnetic Fields
强电磁场中三叉戟生产的精确测量
- DOI:10.1103/physrevlett.130.071601
- 发表时间:2023-02
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Nielsen, Christian F.;Holtzapple, Robert;Lund, Mads M.;Surrow, Jeppe H.;Sørensen, Allan H.;Sørensen, Marc B.;Uggerhøj, Ulrik I.
- 通讯作者:Uggerhøj, Ulrik I.
Pair Spectrometer for FACET-II
FACET-II 配对光谱仪
- DOI:10.18429/jacow-ipac2021-thpab270
- 发表时间:2021-08
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Naranjo, B.;Andonian, G.;Cavanagh, N.;Di Piazza, A.;Fukasawa, A.;Gerstmayr, E.;Holtzapple, R.;Keitel, C.;Majernik, N.;Meuren, S.;et al
- 通讯作者:et al
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