論文の概要: Light-induced Pairing Instability of Ultrafast Electron Beams with Space Charge Interactions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.00869v1
- Date: Tue, 01 Jul 2025 15:32:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-03 14:22:59.7068
- Title: Light-induced Pairing Instability of Ultrafast Electron Beams with Space Charge Interactions
- Title（参考訳）: 空間電荷相互作用を有する超高速電子ビームの光誘起ペアリング不安定性
- Authors: Hao Geng, Qiaofei Pan, Jian Kang, Yiming Pan,
- Abstract要約: 2つの電子間の純誘引力を生成する光子誘起ペアリング機構を導入する。
我々は、PINEM電子間の単一光子交換による効果的な相互作用が、固有の反発性クーロン相互作用を抑制することを実証した。
また、束ねられたビーム中の自由電子対のダイナミクスを解析し、電子の位相コヒーレント凝縮を促進するポテンシャルを裏付ける。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.9151602445945555
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Ultrafast electron beams are essential for many applications, yet space-charge interactions in high-intensity beams lead to energy dissipation, coherence loss, and pulse broadening. Existing techniques mitigate these effects by using low-flux beams, preserving beam coherence into the quantum regime. Here, we propose a novel approach by treating the electrons as a strongly correlated Fermi gas rather than merely as an ensemble of charged point-like particles. We introduce a photon-induced pairing mechanism that generates a net attractive force between two electrons, thereby forming "flying bound states" analogous to Cooper pairs of conduction electrons in superconductors. Employing the setting of photon-induced near-field electron microscopy (PINEM), we demonstrate that the effective interaction via single-photon exchange among PINEM electrons can suppress the inherent repulsive Coulomb interaction, enabling a pairing instability mediated by structured electromagnetic fields at near-resonant velocity matching regimes. Finally, we analyze the dynamics of the free-electron pairs in a bunched beam, underscoring the potential to facilitate a phase-coherent condensate of electrons, which can further enhance beam coherence and multi-particle correlation for high-intensity electrons.
- Abstract（参考訳）: 超高速電子ビームは多くの用途に必須であるが、高強度ビームにおける空間電荷相互作用はエネルギー散逸、コヒーレンス損失、パルス膨張を引き起こす。
既存の技術は、これらの効果を減らし、低流束ビームを使用し、量子状態へのビームコヒーレンスを保存する。
本稿では,電子を荷電点状粒子のアンサンブルとしてではなく,強相関のフェルミガスとして扱う新しいアプローチを提案する。
超伝導体における伝導電子のクーパー対に類似した「フライングバウンド状態」を形成するために、2つの電子間の純誘引力を生成する光子誘起ペアリング機構を導入する。
光子誘起近接電場顕微鏡(PINEM)の設定を用いて、PINEM電子間の単一光子交換による効果的な相互作用は、固有の反発性クーロン相互作用を抑え、ほぼ共鳴速度整合状態における構造化電磁場を介するペアリング不安定性を可能にすることを実証した。
最後に、電子の位相コヒーレント凝縮を促進するポテンシャルを強調し、高強度電子に対するビームコヒーレンスと多粒子相関をさらに高めることができる。
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