Нестабильность физического вакуума в сильном лазерном поле
В настоящее время в мире проектируются лазерные системы, позволяющие генерировать излучение с интенсивностью более 1024 Вт/см2. Напряженность электрического поля в фокальной области таких систем дает возможность проводить в лабораторных условиях работы по исследованию структуры физического вакуума, проверке основ квантовой электродинамики и созданию источников гамма-излучения.
Сотрудниками ИПФ РАН под руководством И. Ю. Костюкова показано, что при таких интенсивностях может происходить массовое рождение электрон-позитронных пар в вакууме в результате развития электромагнитного каскада, аналогичного электронной лавине газового разряда в электрическом поле. Затравочная заряженная частица ускоряется в лазерном поле и излучает гамма-квант, который распадается в сильном поле на электрон-позитронную пару. Образовавшаяся пара также ускоряется и образует следующее поколение фотонов и электрон-позитронных пар. Возникающая среда с высокой плотностью энергии эффективно поглощает энергию лазерного излучения, что может служить фундаментальным механизмом, ограничивающим достижимую в лабораторных условиях интенсивность электромагнитного излучения.
В результате проведенных теоретических исследований построена аналитическая модель развития каскадов во вращающемся электрическом поле, описывающая функции распределения частиц и фотонов больших энергий; продемонстрировано сильное поглощение энергии двух сталкивающихся лазерных импульсов из-за генерации электрон-позитронной плазмы и гамма-излучения; показано, что управляя параметрами взаимодействия, можно создавать направленное гамма-излучение высокой интенсивности.
нормированная плотность электронов и позитронов (внизу слева) и нормированная плотность жестких фотонов (внизу справа) через 70 фс после начала развития каскада