A high-gain Quantum free-electron laser: emergence & exponential gain

We derive an effective Dicke model in momentum space to describe collective effects in the quantum regime of a free-electron laser (FEL). The resulting exponential gain from a single passage of electrons allows the operation of a Quantum FEL in the high-gain mode and avoids the experimental challenges of an X-ray FEL oscillator. Moreover, we study the intensity fluctuations of the emitted radiation which turn out to be super-Poissonian

discovered: THE HZDR RESEARCH MAGAZINE

\"Discovered\" is the English-language edition of our research magazine; it is published once a year. The magazine\'s German-language edition \"entdeckt\" is published biannually. Each new issue of this easy-to-read magazine has a major focus, be it magnetic fields and forces, nuclear safety research, the DRESDEN-concept research alliance or cancer research. The magazine keeps you informed about research at the HZDR, new staff members or work groups as well as interesting events

High-gain quantum free-electron laser: long-time dynamics and requirements

We solve the long-time dynamics of a high-gain free-electron laser in the quantum regime. In this regime each electron emits at most one photon on average, independently of the initial field. In contrast, the variance of the photon statistics shows a qualitatively different behavior for different initial states of the field. We find that the realization of a seeded Quantum FEL is more feasible than self-amplified spontaneous emission

Quantum and classical phase-space dynamics of a free-electron laser

In a quantum mechanical description of the free-electron laser (FEL) the electrons jump on discrete momentum ladders, while they follow continuous trajectories according to the classical description. In order to observe the transition from quantum to classical dynamics, it is not sufficient that many momentum levels are involved. Only if additionally the initial momentum spread of the electron beam is larger than the quantum mechanical recoil, caused by the emission and absorption of photons, the quantum dynamics in phase space resembles the classical one. Beyond these criteria, quantum signatures of averaged quantities like the FEL gain might be washed out

On the Observation of Vacuum Birefringence

We suggest an experiment to observe vacuum birefringence induced by intense laser fields. A high-intensity laser pulse is focused to ultra-relativistic intensity and polarizes the vacuum which then acts like a birefringent medium. The latter is probed by a linearly polarized x-ray pulse. We calculate the resulting ellipticity signal within strong-field QED assuming Gaussian beams. The laser technology required for detecting the signal will be available within the next three years.Comment: 4 pages, 4 figure

Neue Verfahren der Präzisions-Strahlentherapie

Das Ziel strahlentherapeutischer Behandlung ist es, Tumoren zu vernichten und dabei das gesunde Gewebe weitgehend zu schonen. Eine Präzisions-Radiotherapie erfordert eine möglichst konforme Bestrahlung des Tumors mit der für die Heilung notwendigen Dosis. Für die heute gebräuchlichsten therapeutischen Strahlenquellen – Elektronen-Linearbeschleuniger, welche Elektronen- und harte Röntgenstrahlen bereitstellen – wurden dafür die Methoden der intensitätsmodulierten und bildgeführten Radiotherapie entwickelt. Der nächste Schritt zur Verbesserung der Tumorkonformität ist die klinische Anwendung von Partikelstrahlen (Protonen, leichte Ionen). Entsprechende Anlagen erfordern einen hohen Investitionsaufwand. Eine Reduktion dieses Aufwandes könnte der Einsatz außerordentlich kompakter Beschleunigungsstrukturen eröffnen, welche auf der Wechselwirkung hochintensiver Laserstrahlen mit Materie beruhen.The goal of radiotherapeutic treatment is complete tumour destruction, while sparing the healthy tissue as far as possible. Precision radiotherapy requires tumour-conform irradiation with a curative dose. For electron linear accelerators, the most common therapeutic radiation source at present, delivering beams of electrons and hard X-rays, the methods of intensity-modulated and imageguided radiotherapy have been developed. The next level in improving tumour conformity is the clinical application of particle beams (protons and light ions). Such facilities require substantial investments. The outlay could be reduced, however, by using very compact accelerating structures based upon the interaction of highly intensive laser beams with matter

Heller und heißer als die Sonne - Physik bei hohen Laserintensitäten

Laser erreichen heute für kurze Zeiten Intensitäten von mehr als 1020 W/cm2. Diese Intensität würde man erreichen, wenn man alles von der Sonne auf die Erde einfallende Licht auf die Spitze eines Bleistiftes (~ 0,1 mm2) fokussieren könnte. Diese Laser erzeugen Materie mit Temperaturen von mehr als 100 Milliarden Grad. Darin rufen sie sowohl Kernspaltungs- als auch Kernfusionsreaktionen hervor. Strahlt man mit einem Hochleistungslaser in die Erdatmosphäre, so verändert sich der Laserstrahl dramatisch. Aus dem unsichtbaren infraroten Laserstrahl wird ein heller Weißlichtkanal, der elektrisch leitend ist. Solche Weißlichtkanäle werden sowohl für die Laserfernerkundung der Erdatmosphäre (LIDAR) als auch zu Blitz-Experimenten eingesetzt

INSIDER

Mit der Hauszeitung wollen wir die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie alle, die sich für das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) interessieren, über Neuigkeiten aus unserem Zentrum auf dem Laufenden halten - von der Forschung über Berichte zum wissenschaftlichen Nachwuchs und Personalnachrichten bis hin zu wissenschaftlichen Tagungen und anderen Ereignissen