Electron-positron pair production in multiple time scale electric fields

Die Produktion von Elektron-Positron Paaren durch starke elektrische Felder, der so genannte Schwingereffekt, wird seit den Anfängen der Quantenmechanik diskutiert. Die Wahrscheinlichkeit ein solches Paar in einem statischen elektrischen Feld zu erzeugen wurde bereits in den 1930er Jahren abgeschätzt. Aufgrund der exponentiellen Unterdrückung dieser Wahrscheinlichkeit sind jedoch zur Erzeugung einer messbaren Anzahl an Paaren extrem starke Felder notwendig, sodass ein experimenteller Nachweis dieses Effektes bislang nicht gelungen ist. Durch den schnellen Fortschritt der Lasertechnologie könnte eine Verifikation dennoch in absehbarer Zukunft möglich sein, da an momentan geplanten Lasereinrichtungen Feldstärken von etwa 10% der kritischen Feldstärke erreichbar sein sollten. Um sowohl den Produktions- als auch den Transportprozess der Paare in einem zeitlich variablen Feld beschreiben zu können, war es notwendig Quantenfeldtheorie mit Transporttheorie zu verknüpfen. Auf diesem Wege wurde Anfang der 1990er Jahre eine boltzmannartige Gleichung für die Impulsraum Verteilungsfunktion, die so genannte quantenkinetische Gleichung, hergeleitet. Weiters konnte kürzlich gezeigt werden, dass die Kombination von elektrischen Feldern mit verschiedenen Zeitskalen die Paarproduktionsraten drastisch erhöhen und somit einen Nachweis des Schwingereffektes in der nahen Zukunft ermöglichen könnte. In dieser Diplomarbeit wird die quantenkinetische Gleichung als theoretisches Werkzeug verwendet um Paarerzeugungsprozesse zu berechnen. Zuerst werden für einen einzelnen elektrischen Puls numerische Rechnungen mit analytischen Rechnungen, sowohl im adiabatischen als auch im anti-adiabatischen Regime, verglichen. Schlussendlich werden mehrere numerische Rechnungen durchgeführt um den Effekt der kombinierten Zeitskalen auf die Paarerzeugungsrate qualitativ abschätzen und interpretieren zu können. The production of electron-positron pairs due to strong electric fields, nowadays called Schwinger effect, has been discussed for a long time. The probability for producing such pairs within a static field has been estimated in the 1930s. Since this probability is exponentially suppressed, huge field strengths are needed to produce a measurable amount of pairs. However, the rapid development of laser technology could make a verification of this non-perturbative pair-production process possible in the foreseeable future. Currently planned laser facilities might reach field strengths of the ord