Квантовые радиационные эффекты при взаимодействии сверхсильного электромагнитного излучения с элементарными частицами и плазмой

Проект направлен на развитие аналитических и численных методов описания взаимодействия заряженных частиц с электромагнитным излучением сверхвысокой интенсивности в сильно нелинейном квантовом режиме и приложение развитых методов к расчетам квантовой динамики и излучения элементарных частиц и плазмы в экспериментальных условиях, реализация которых ожидается в обозримом будущем на лазерных и ускорительных установках нового поколения. В частности, планируется исследовать (i) новый непертурбативный режим взаимодействия ультрарелятивистских электронов и высокоэнергетических фотонов с внешним электромагнитным полем, напряженность которого в системе покоя электрона существенно превышает критическое поле квантовой электродинамики, и (ii) коллективные плазменные эффекты, возникающие при взаимодействии с мощными импульсами лазерного излучения в условиях, когда ключевую роль играют пертурбативные эффекты квантовой электродинамики, но при этом квантовая реакция излучения оказывает определяющее влияние на движение плазмы и генерацию сверхсильных магнитных полей в ней. Актуальность предлагаемого исследования обусловлена в первую очередь развитием крупных международных <<мега-сайенс>> проектов лазерных установок (ELI, iZEST, iCAN, SULF, CoReLS, J-KAREN, Apollon, российский проект XCELS и другие), нацеленных на достижение колоссальных, ранее недоступных интенсивностей электромагнитного излучения в интервале 10^23-10^27 Вт/см^2, а также открывающимися в последние годы новыми возможностями по изучению эффектов квантовой электродинамики во внешнем сверхсильном поле с помощью современных электронных и позитронных коллайдеров (например, HFQED Collider (SLAC)). При этом в физике экстремальных электромагнитных полей сложилась редкая ситуация, когда предложения по развитию эксперимента опережают теоретическое понимание потенциально возникающих режимов взаимодействия. С ростом напряжённости внешнего поля динамика частиц и плазмы начинает полностью определяться квантовыми радиационными эффектами: сначала элементарными процессами излучения и фоторождения пар, описание которых возможно в пертурбативном режиме, а при дальнейшем росте интенсивности излучения и энергии заряженных частиц взаимодействие переходит в непертурбативный режим, в котором необходимо учитывать все основные радиационные КЭД поправки. Теоретические инструменты для описания такого режима "сильной связи" в квантовой электродинамике в настоящее время отсутствуют. Результаты, полученные при решении задач проекта будут иметь приложение как для планирования экспериментов на строящихся и разрабатываемых лазерных и ускорительных установках, так и для дальнейшего развития фундаментальных расчетно-теоретических методов в этой области физики.