Modelli classici e quantistici di scattering elettrone-fotone

V. Petrillo

Thomson classico

Elettrone si muove di moto oscillatorio sotto l’effetto dell’onda laser e riemette a causa di questo moto. Durata dell’emissione=durata sovrapposizione impulsi

Compton quantistico

Non si può parlare di traiettorie. Elettrone e fotone scambiano energia e momento.Della durata dell’interazione sappiamo solo che tintE>h (tint /T>1)

102 103 104 105 106

10-17

1x10-16

10-15

1x10-14

1x10-13

1x10-12

1x10-11

)kn1(mc

hn1

k1

L0

2L

0

0LL

0L

L

00L

0L

k1

kn1

mc

h

k1

n1

02

0L mc

h

4

1

Thomson factor

Compton correction

0

0LL n1

k1

0

0L

lab,Lele,L n1

k1

0

0L

lab,Lele,Lele,X n1

k1

0 n

Lk

0

0L

lab,L

0

0L

ele,Xlab,X n1

k1

n1

k1

102 103 104 105 10610-4

10-3

10-2

10-1

100

- D

/(

D)

ELIRecoil trascurabile

Zona intermedia

Effetti quantistici dominanti

3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,50

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104E

_fo

t(e

V)

Theta_laser(rad)

teta_oss=0 teta_oss=0.005

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,0100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

E_

fot(

eV

)

theta_oss

gamam=100

0 2000 4000 6000 8000 10000

1000000

1E7

1E8

E_

fot

gamma

theta_oss=0 theta_oss=0.1 mrad theta_oss=1 mrad

)kn1(mc

hn1

k1

L0

2L

0

0LL

Calcolo della sezione d’urto quantistica nel sistema di riferimento del laboratorio (Klein-Nishina)

Equazione di Dirac

)HH(t

i int0

Termine di radiazione diseconda quantizzazione

))aeae(1

e)aeae(1

e(hcA )trk(i)trk(iL

)trk(iL

)trk(i

LL

LLLL

Calcolo della probabilità di transizione mediantela teoria delle perturbazioni (per ora fino al primo ordine)

2

'n 'n "nm

n,"n"n,m

'nm

n',n'n,mm,n EE

HH

EE

HH2w

Sezionde d’urto in laboratorio:

))kn1(

mc

hn1

k1()(

)k1(22

Xr

dd

d

L0

2L

0

L0L

2

L2L0

20

20

2

2

L00L

2

00

2

L0

0

L0

L0L )k1

1

h

mc

n1

1

h

mc1(1

)k1(

n1

n1

)k1(X

LL0

22

kdpdxdtd)k1(dd

dc

dd

Nd

2

L2

L0

20

20 )(

)k1(22

Xr

d

d

Estensione a fasci reali

pdxd

Nd e2

LL

L2

kdxd

Nd

distribuzione elettroni

distribuzione fotoni laser

))t(pp())t(xx(pdxd

Ndjj

e2

LL

L2

kdxd

Nd

modello di Mendonca

Trasformata di WignerFascio a 150 MeVdi Cristina

2.710^8 fot/shot3% banda

Effetti non lineariClassici: la traiettoria degli elettroni si deforma sotto l’effetto di un campo intenso, acquisendo momenti superiori

Nascita di armoniche Deformazione dello spettro sulla fondamentaleSidebandsSpostamento in frequenza

9020000 9040000 9060000 90800001E-39

1E-34

1E-29

1E-24

WL=10 J

WL=1 J

wbar,ris

=9.046 106

Gaussian 350000 jfin1 nel0.02 dt0.0 x00.0 y0-6000. z01 nsing10. rbeam20. albeam600. gammed1.6d-19 carica0. deltaz0.0 deltapx0.0 deltapy0. deltapz10. tau20. w01. energ3.d+14 anulas 3.14159265 alpha9.02d+06 omin0.0001d+06 dom9.04d+06 omfin0.0 tetain0.00001 dteta-0.1 tetafin0. phiin1. dphi-6. phifin1.d+04 erreoss1 nspettro0. damping

d2 N/d b

ard

bar

Effetti non lineari quantistici

ecc.

assorbimentoo emissione didue fotoni

assorbimentoo emissione din fotoni

………..

2

'n "nm'nm

n,"n"n'n'n,m

"nm,n .....

)EE)(EE(

HHH2w

Effetti radiativi

Codici presenti nel gruppo

Nome autore funzione e modello

TSST v1.8 Paolo Tomassini flussi e spettri classici lineari-non lineari TSST considera in modo analitico le forze ponderomotrici LONGITUDINALI mentre trascura quelle trasverse. Obliquamente lineare.

Pflux Petrillo-Maroli flussi e spettri classici lineari

Compton_Cross Petrillo flussi e spettri quantistici lineari

Thom_non_lin Maroli flussi e spettri classici non lineari calcolo numerico della traiettoria con valutazione completa delle forze ponderomotrici

Fluka (?)Cain

Simulazioni con CainExp su ATF

Disponibilità di ricercatori: V. Petrillo (30%) P. Tomassini (?) C. Maroli (100%) C. Curatolo (laureanda) F. Broggi speriamo altri (?)

Programma di lavoro: Rifinire Compton lineare Modello laser Benchmark

Continuare su effetti non lineari classici sidebands, shift chiarire effetto profilo

Effetti non lineari quantistici Klein-Nishina second’ordine Campi intensi Effetti collettivi…. Utilizzo Cain