A laser–plasma platform for photon–photon physics: the two photon Breit–Wheeler process

ORCID
0000-0003-4424-4448
Zugehörigkeit
The John Adams Institute for Accelerator Science,Imperial College London , London, SW7 2AZ,United Kingdom
Kettle, B;
GND
1250532817
Zugehörigkeit
Helmholtz Institut Jena , Fröbelstieg 3, 07743 Jena,Germany
Hollatz, D;
ORCID
0000-0003-1164-8593
Zugehörigkeit
The John Adams Institute for Accelerator Science,Imperial College London , London, SW7 2AZ,United Kingdom
Gerstmayr, E;
Zugehörigkeit
School of Mathematics and Physics,Queen’s University of Belfast , BT7 1NN, Belfast,United Kingdom
Samarin, G M;
ORCID
0000-0002-6536-3828
Zugehörigkeit
School of Mathematics and Physics,Queen’s University of Belfast , BT7 1NN, Belfast,United Kingdom
Alejo, A;
Zugehörigkeit
Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Didcot OX11 0QX,United Kingdom
Astbury, S;
ORCID
0000-0001-9973-7173
Zugehörigkeit
Department of Physics,University of York , York, YO10 5DD,United Kingdom
Baird, C;
Zugehörigkeit
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg,Germany
Bohlen, S;
Zugehörigkeit
CERN , Geneva,Switzerland
Campbell, M;
Zugehörigkeit
The John Adams Institute for Accelerator Science,Imperial College London , London, SW7 2AZ,United Kingdom
Colgan, C;
Zugehörigkeit
CERN , Geneva,Switzerland
Dannheim, D;
Zugehörigkeit
Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Didcot OX11 0QX,United Kingdom
Gregory, C;
GND
1328707741
Zugehörigkeit
Helmholtz Institut Jena , Fröbelstieg 3, 07743 Jena,Germany
Harsh, H;
Zugehörigkeit
Department of Physics,University of Oxford , Oxford, OX1 3PU,United Kingdom
Hatfield, P;
Zugehörigkeit
Center for Ultrafast Optical Science,University of Michigan , Ann Arbor, MI 48109-2099,United States of America
Hinojosa, J;
Zugehörigkeit
Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Didcot OX11 0QX,United Kingdom
Katzir, Y;
Zugehörigkeit
AWE Aldermaston, Reading RG7 4PR,United Kingdom
Morton, J;
ORCID
0000-0003-3849-3229
Zugehörigkeit
Department of Physics,University of York , York, YO10 5DD,United Kingdom
Murphy, C D;
Zugehörigkeit
CERN , Geneva,Switzerland
Nurnberg, A;
Zugehörigkeit
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg,Germany
Osterhoff, J;
Zugehörigkeit
Université de Bordeaux-CNRS-CEA , Centre Lasers Intenses et Applications (CELIA), UMR 5107, F-33405 Talence,France
Pérez-Callejo, G;
ORCID
0000-0002-0329-3510
Zugehörigkeit
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg,Germany
Põder, K;
Zugehörigkeit
Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Didcot OX11 0QX,United Kingdom
Rajeev, P P;
Zugehörigkeit
Helmholtz Institut Jena , Fröbelstieg 3, 07743 Jena,Germany
Roedel, C;
GND
1313837776
Zugehörigkeit
Institut für Optik und Quantenelektronik,Friedrich-Schiller-Universität , 07743 Jena,Germany
Roeder, F;
GND
1281110922
ORCID
0000-0002-9109-9370
Zugehörigkeit
Helmholtz Institut Jena , Fröbelstieg 3, 07743 Jena,Germany
Salgado, F C;
ORCID
0000-0003-1800-343X
Zugehörigkeit
School of Mathematics and Physics,Queen’s University of Belfast , BT7 1NN, Belfast,United Kingdom
Sarri, G;
GND
1293417637
Zugehörigkeit
Helmholtz Institut Jena , Fröbelstieg 3, 07743 Jena,Germany
Seidel, A;
Zugehörigkeit
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestr. 85, 22607 Hamburg,Germany
Spannagel, S;
Zugehörigkeit
Central Laser Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Didcot OX11 0QX,United Kingdom
Spindloe, C;
Zugehörigkeit
Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720,United States of America
Steinke, S;
Zugehörigkeit
School of Mathematics and Physics,Queen’s University of Belfast , BT7 1NN, Belfast,United Kingdom
Streeter, M J V;
ORCID
0000-0003-3206-8512
Zugehörigkeit
Center for Ultrafast Optical Science,University of Michigan , Ann Arbor, MI 48109-2099,United States of America
Thomas, A G R;
Zugehörigkeit
Department of Physics,University of York , York, YO10 5DD,United Kingdom
Underwood, C;
Zugehörigkeit
The John Adams Institute for Accelerator Science,Imperial College London , London, SW7 2AZ,United Kingdom
Watt, R;
GND
1154514196
Zugehörigkeit
Helmholtz Institut Jena , Fröbelstieg 3, 07743 Jena,Germany
Zepf, M;
Zugehörigkeit
The John Adams Institute for Accelerator Science,Imperial College London , London, SW7 2AZ,United Kingdom
Rose, S J;
Zugehörigkeit
The John Adams Institute for Accelerator Science,Imperial College London , London, SW7 2AZ,United Kingdom
Mangles, S P D

We describe a laser–plasma platform for photon–photon collision experiments to measure fundamental quantum electrodynamic processes. As an example we describe using this platform to attempt to observe the linear Breit–Wheeler process. The platform has been developed using the Gemini laser facility at the Rutherford Appleton Laboratory. A laser Wakefield accelerator and a bremsstrahlung convertor are used to generate a collimated beam of photons with energies of hundreds of MeV, that collide with keV x-ray photons generated by a laser heated plasma target. To detect the pairs generated by the photon–photon collisions, a magnetic transport system has been developed which directs the pairs onto scintillation-based and hybrid silicon pixel single particle detectors (SPDs). We present commissioning results from an experimental campaign using this laser–plasma platform for photon–photon physics, demonstrating successful generation of both photon sources, characterisation of the magnetic transport system and calibration of the SPDs, and discuss the feasibility of this platform for the observation of the Breit–Wheeler process. The design of the platform will also serve as the basis for the investigation of strong-field quantum electrodynamic processes such as the nonlinear Breit–Wheeler and the Trident process, or eventually, photon–photon scattering.

Zitieren

Zitierform:
Zitierform konnte nicht geladen werden.

Rechte

Rechteinhaber: © 2021 The Author(s). Published by IOP Publishing Ltd on behalf of the Institute of Physics and Deutsche Physikalische Gesellschaft

Nutzung und Vervielfältigung: