Urychlování pozitronů laserem vytvořenou plazmovou vlnou

Abstract

Urychlování laserem vytvořenou brázdovou vlnou (LWFA) je pevně zavedená metoda urychlování elektronů. S rostoucí kvalitou produkovaných svazků roste i zájem o rozšíření LWFA na urychlování dalších částic. Zejména urychlování pozi\-tronů je klíčovým krokem směrem ke kompaktním vysokoenergetickým elektron-pozitronovým srážečům. V této práci je pomocí simulací metodou particle-in-cell navrženo schéma urychlování pozitronů v plazmatu s pozvolným nárůstem hustoty v lineárním režimu LWFA. Parametry plazmatu použité v simulacích byly zvoleny na základě 1D relativistického modelu urychlování částic v lineárním režimu LWFA. Výsledky simulací ukazují, že pozvolný nárůst hustoty plazmatu výrazně prodloužuje vzdálenost, na které je urychlování částic možné, čímž se zvyšuje i maximální dosažitelná energie pozitronového svazku. Důležitým aspektem schématu je přímočará implementace a nízké požadavky na výkon laseru, což dělá schéma dostupné pro současná experimentální zařízení.

Laser wakefield acceleration (LWFA) is a well-established method for accelerating electrons. As the quality of the generated electron bunches improves, the interest in extending LWFA to accelerate other particles grows, as well. In particular, positron acceleration is a crucial step toward developing compact, high-energy electron-positron colliders. This work proposes a positron acceleration scheme in a tapered-density plasma, driven in the linear LWFA regime, based on 2D particle-in-cell simulations. The plasma parameters for the simulations were determined using a 1D relativistic model of particle acceleration in the linear LWFA regime. The results show that a tapered plasma profile significantly extends the acceleration distance, thereby increasing the positron bunch energy gain. Importantly, the proposed scheme is straightforward to implement and requires only a moderate-power femtosecond laser system, making it highly accessible for current experimental setups.