論文の概要: Operator Formalism for Laser-Plasma Wakefield Acceleration
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.04982v1
- Date: Thu, 04 Dec 2025 16:54:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-05 21:11:46.280931
- Title: Operator Formalism for Laser-Plasma Wakefield Acceleration
- Title（参考訳）: レーザープラズマウェイクフィールド加速のための演算子形式
- Authors: Mostafa Behtouei, Carlos Salgado Lopez, Giancarlo Gatti,
- Abstract要約: キャピラリー放電におけるレーザプラズマウェイクフィールド加速のための演算子ベースのフレームワークを開発した。
レーザー場とプラズマ応答の結合力学のコンパクトで体系的な記述を提供する。
このフレームワークは、次世代加速器実験における高強度レーザー-プラズマ相互作用のモデリング、解析、最適化のための堅牢な基盤を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In this paper, we develop an operator-based framework for laser--plasma wakefield acceleration (LPWA) in capillary discharges, providing a compact and systematic description of the coupled dynamics of laser fields and plasma response. The formalism employs key operators: the transverse modal operator $\hat{K}$, the nonlinear plasma operator $\hat{N}[Ψ]$, the plasma oscillation operator $\hatΩ_p^{\,2}$, and the ponderomotive source operator $\hatα$, which together describe mode coupling, plasma oscillations, and nonlinear feedback induced by the ponderomotive force. In the linear regime, the system is characterized by invariant subspaces associated with stable modal structures, while nonlinear interactions break these invariances, leading to mode mixing and complex dynamics. The approach establishes a direct connection between LPWA and Hilbert-space operator theory, including the invariant subspace, providing a formal mathematical interpretation of energy transfer and wakefield formation. Furthermore, the operator formalism integrates with neural operator methods, allowing efficient approximation of $\hat{N}$ and $\hatα$ for reduced-order modeling and predictive control. This hybrid physics--AI framework offers a robust foundation for modeling, analysis, and optimization of high-intensity laser--plasma interactions in next-generation accelerator experiments.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,キャピラリー放電におけるレーザープラズマウェイクフィールド加速(LPWA)の演算子に基づくフレームワークを開発し,レーザ場とプラズマ応答の結合力学をコンパクトかつ体系的に記述する。
形式主義では、逆変調演算子$\hat{K}$、非線形プラズマ演算子$\hat{N}[ ]$、プラズマ発振演算子$\hatΩ_p^{\,2}$、および運動源演算子$\hatα$が主要な演算子を用いており、この演算子はモード結合、プラズマ発振、および運動力によって誘導される非線形フィードバックを記述する。
線形状態において、システムは安定なモジュラー構造に付随する不変部分空間によって特徴づけられる一方、非線形相互作用はこれらの不変性を破り、モード混合と複素力学をもたらす。
このアプローチは、LPWAと不変部分空間を含むヒルベルト空間作用素理論の直接的な関係を確立し、エネルギー移動とウェイクフィールドの形成の形式的な数学的解釈を与える。
さらに、演算子フォーマリズムはニューラル演算子法と統合され、低次モデリングと予測制御のために$\hat{N}$と$\hatα$の効率的な近似を可能にする。
このハイブリッド物理-AIフレームワークは、次世代加速器実験における高強度レーザー-プラズマ相互作用のモデリング、解析、最適化のための堅牢な基盤を提供する。
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