Light scalars: Coherent nonlinear Thomson scattering and detection
Light scalars: Coherent nonlinear Thomson scattering and detection
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光标量：相干非线性汤姆逊散射和检测
DOI：
10.1103/physrevd.99.035048
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发表时间：
2019
影响因子：
5
通讯作者：
Dillon B
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dillon B
一些超越标准模型的物理学理论预言了与费米子耦合的光标量。通过扩展经典电动力学，包括电子标量耦合，我们计算的非线性汤姆逊散射的光标量在碰撞的电子与单色电磁背景。在这样做时，我们确定的经典电子标量电流，它允许直接列入的过程中的激光等离子体粒子在细胞模拟。赝标量粒子的散射被发现在经典极限（或等价地，低光阵面动量）下消失。当电子与激光脉冲共同传播时，我们证明了产生轻标量粒子的相干效应可以大大增强亚电子伏特标量的信号。当电子束与激光脉冲反向传播时，由于碰撞中动量转移较大，实验可以探测到更大的标量质量。然后，我们讨论了一个可能的实验室为基础的实验装置来检测这个标量信号，这是类似于光照射通过墙壁的实验。使用现有的实验设备作为基准，我们计算预计排斥界限的耦合轻标量在这样的实验。
Several theories of beyond-the-standard-model physics predict light scalars that couple to fermions. By extending classical electrodynamics to include an electron-scalar coupling, we calculate the nonlinear Thomson scattering of light scalars in the collision of an electron with a monochromatic electromagnetic background. In doing so, we identify the classical electron-scalar current, which allows for straightforward inclusion of the process in laser-plasma particle-in-cell simulations. Scattering of pseudoscalar particles is found to vanish in the classical (or, equivalently, the low-lightfront-momentum) limit. When electronscopropagatewith the laser pulse, we demonstrate that coherence effects in the production of light scalar particles can greatly enhance the signal for sub-eV scalars. When the electron beamscounterpropagatewith the laser pulses, we demonstrate that experiments can probe larger scalar masses due to the larger momentum transfer in the collisions. We then discuss a possible lab-based experimental setup to detect this scalar signal which is similar to light-shining-through-the-wall experiments. Using existing experimental facilities as benchmarks, we calculate projected exclusion bounds on the couplings of light scalars in such experiments.
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