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B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf B. Kämpfer PW Laser Workshop, HZDR 2011 Strong-Field.

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1 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf B. Kämpfer PW Laser Workshop, HZDR 2011 Strong-Field Physics: Summary G. Paulus, C. Harvey, F. Karbstein, A. Ilderton, K. Hatsagortsyan, D. Seipt, A. Di Piazza, S. Smolyansky, N. Elkina, C. Klier (in the order of the talks)

2 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Highlights Rosner: FAIR/APPA/SPARC e+ e- high-field QED tests Paulus: birefringence in e.m. field - prospects for XFEL + PW L Harvey: LL radiation damping tests in PW L vs. XFEL: reflection of e- in counterpropagating wave Karbstein: seeking field configurations for large effects of e+ e- pair production and birefringence Ilderton: do better than E-144 – mass shift Hatsagortsyan: e.m. modulation of vacuum – Bragg scatt. & streak camera via e+ e- in gamma rays Seipt: short-pulse physics of Compton & e+ e- Di Piazza: radiation damping & cascades Smolyansky: kinetics for Schwinger Elkina: kinetics for cascades and related plasma processes Klier: plasma processes

3 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Energy Scales E [eV] 110^410^9 m XFEL PW laser PW e-XFEL e- beam opportunities: - PW laser + XFEL e+ e- pair production deeply below threshold birefringence - XFEL + PW e- beam Compton 2-photon Compton

4 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Gauge Theories w/o SSB Abelian (QED) non-Abelian (QCD) E E 1/137 1 sQCD pQCD Landau pole UV slavery asymp. freedom non-trivial vacuum: condensates not neccessary weak-coupling: alpha too large Furry picture: A = A_sQED + A_pQED resummed to all orders in alpha 0

5 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Strong Fields FELIX LCLS Ti:Sa

6 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Electron in Laser Pulse D. Seipt et al., 2010 circ lin

7 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Thomson-Compton Effect ++... + u channel Compton Heinzl, Seipt, BK, PRA 2010 Seipt, BK, PRA 2011 Seipt, BK, PR ST AB 2011 classical sQED

8 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Cross Channel: Pair Production + +... Breit-Wheeler T. Nousch, diploma thesis, Dresden 2011 1st 2nd 3rd Ritus 1985 m*

9 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Two-Photon Compton Process as a Signature of Unruh Effect + +... + exchange Unruh: frame dependence of vacuum T_U ~ acceleration accelerated electron emits entangled photon pairs Suenert, diploma thesis Dresden 2010; Seipt, BK, 2011

10 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Trident Process (= Virtual Compton Process) (= cross channel of Moller/Bhaba scattering) Di Piazza et al., PRL 2010 Ilderton, PRL 2011 photon propagator: on-shell + off-shell Oleinik divergences/Zeldovich levels first step in cascades: avalanches of e+ e- pairs plasma

11 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Birefrigence in e.m. Wave +... light-light scatt. Heinzl et al, Opt. Comm. 2006

12 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de e+ e- Nano Droplets Yaresko, Munshi, BK, Phys. Plasma 2011 Munshi, BK, PRA 2009 analog to early universe: e+ e- annihilation Hartmann, Otto, BK, 2011

13 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Muon Pair Production Titov, BK, PR ST AB 2009 Bethe-Heitler

14 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Neutrino Pair Production Titov, BK, Hosaka, Takabe, PRD 2011

15 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Le Chateliers Principle (1885) a system under stress populates new degrees of freedom (minimizes the disturbance) high-intensity e.m. field decays into e+ e- pairs is not a threshold effect, no criticality quantum kinetics Blaschke, Gregory, Smolyansky et al. Hebenstreit, Alkofer, PRL Ringwald, PLB 2001

16 B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de Summary/Outlook Helmholtz beam line at XFEL = XFEL + PW Laser = great potential for precision tests of strong-field QED


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