研究意义：超强场下的正负电子对产生的研究是强场物理中的研究前沿和挑战性问题之一，也是量子电动力学（QED）的基础和核心内容之一，具有重要的理论意义。研究对象是一个具有高度非线性、非微扰和非平衡过程的相互作用的物理系统，对其进行深入的理论研究可能会发现一些新的现象与新的规律。该研究也有很大的实际应用价值，例如它是产生正电子源和反物质的一个有效的方法，此外也对理解天体中的某些现象，例如对脉冲星有正负电子和强磁场时的相关行为的认识和理解等都有很大的帮助。

研究动机: (a)新的非微扰现象的发现：除了传统的多光子微扰现象和Schwinger的隧穿非微扰现象，最近发现了它们的混合效应，两种现象相互交叉与竞争，深入研究这一效应的物理机制将会推动该领域的发展。(b)实验方法的创新和完善：利用强的低频场与弱的高频场的叠加所产生的Schwinger动力学辅助机制将大大降低正负电子对产生所需外场的阈值，同时也大大地提高了正负电子对的产额。(c)新的理论方法和数值计算方法的建立：理论方法包括世界线瞬子、S矩阵散射、WKB近似方法等，以及最近发展的具有更广的适用范围的Dirac-Heisenberg-Wigner方法；数值计算方法则发展了可以求解Dirac方程的计算量子场论的方法，和求解量子Vlasov方程（QVE）的统计方法，以及Monte Carlo方法等。这些新的理论和数值计算方法的发展增强了人们对超强场下正负电子对产生的认识。（d）强激光源的建设：激光技术的快速发展，使得超强超短激光脉冲得以实现，为真空产生正负电子对提供了强场条件。目前的激光强度已经达到1022w/cm2，而在建的欧洲ELI工程的激光强度将有望达到1025w/cm2。这些强激光源的建设极大地推动了超强场下正负电子对产生的研究和发展。

研究内容：包括进一步深入理解QED真空在超强场下失稳而衰变成正负电子对的物理过程，对未来可能的实验研究起到积极的促进和指导作用。由于我国的研究起步不久，因此需要开辟新的研究方向，并力争在国际上影响和引领这个学科的发展。例如通过对强场下产生的正负电子对所构成的对等离子体的研究，发现新的等离子体波的现象，并揭示其物理特性。

2012年以来我们研究小组在包括Phys Rev D，Phys Rev A，Phys Lett B，Eur Phys Jour D, Phys Plasmas和Chin Phys Lett等在内的国内外核心期刊上发表了40多篇论文，具有一定的国际影响力。

特别是2017年发表在Matter and Radiation at Extremes（MRE）上的论文《Electron-positron pair production in ultrastrong laser fields》已被PRL和PRD等他引了很多次，获得2019年MRE的杰出作者奖（outstanding author award）。我们还应约为《物理》与《物理学进展》杂志撰写了强场下正负电子对产生的综述性论文：《超强场下的正负电子对产生》和《超强场下真空产生正负电子对的动理学方法研究及其进展》。

超短超强激光驱动电子等离子体加速电子，可获得能量高达1GeV、电荷接近1 nC、方向性优良、能散度小的高性能电子束，从而在高能加速器、聚变物理、短脉冲高亮度X光源产生、实现小型化自由电子激光等领域都有重大的应用价值。理论和实验都表明，当等离子体的密度达到10^18/cm^3时，等离子体尾场的强度可以达到1GV/cm。早在1979年，Tajima和Dawson就详细分析了利用纵向的激光尾场作为电子加速场的可能性，并依照当时的激光技术，提出了利用激光拍频波激发大幅度激光尾场的方案，但在当时，所需要的高强度超快激光脉冲是无法实现的。经过20多年的实验技术和理论研究方面的努力，在本世纪初期终于有了实质性的突破。2004年，美国、英国、法国的实验同时实现了背景等离子体中电子的自注入，得到了能量为几十至几百 的超短单能电子束，三个小组的工作在同一期“Nature”上发表可见其重要性。其中的“空泡”加速机制受到人们极大的关注。

另外激光等离子体加速产生高性能质子或者离子束也取得了很大进展，在包括医学治疗等方面都有极大地应用价值。

2004年以来我们北师大强场物理研究组在激光等离子体相互作用物理方面取得了丰硕的成果，共发表论文70多篇，研究内容涉及激光等离子体中的非线性波以及激光等离子体加速等会，特别是在空泡电子加速方面的研究处于领先水平，2007和2009年POP上论文被2013年Review of Modern Physics所引用并加以点评，对空泡中电子回旋运动而产生短波长的X射线的问题有很大的帮助。在质子加速的靶设计和参数选择等方面的研究也具有一定的影响力。

今后拟进一步开展这方面的工作，主要研究内容放在加速的参数优化上，以及X射线产生等方面。

对电子-正电子（EP）和电子-正电子-离子（EPI）等离子体中的非线性波，研究不同情形下孤立波的存在条件,特别是有强磁场情况下的问题，另外还研究相对论性EP等离子体在磁流体力学（MHD）框架下的广义欧姆（Ohm）定律，并结合MHD方程组得到孤立波与冲击波等。研究的理论意义在于研究对象是高度非线性的相互作用的耦合系统，另外研究为高品质正电子源的新的生成方法，EP和EPI等离子体中新的非线性波行为的实验研究，以及为其他应用和天体现象的理解等提供理论上的指导与帮助。已有10多篇论文在PRE、POP、PLA等杂志发表。

包括等离子体中的输运，特别是强磁场情况下的各种输运性：电导，热传导，粘性等，以及复杂性尘埃等离子体物理的研究等。