When ions are accelerated by the radiation pressure of a laser pulse, their velocity cannot exceed the pulse group velocity which can be considerably smaller than the speed of light in vacuum. This is demonstrated in two cases corresponding to a thin foil target irradiated by high intensity laser light and to the hole boring produced in an extended plasma by the laser pulse. It is found that the beams of accelerated ions are unstable against Buneman-like and Weibel-like instabilities which results in the broadening of the ion energy spectrum.

1.
P. N.
Lebedev
,
Ann. Phys. (Leipzig)
6
,
433
(
1901
);
A. S.
Eddington
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
85
,
408
(
1925
).
2.
V. I.
Veksler
,
Sov. J. At. Energy
2
,
525
(
1957
).
3.
T.
Esirkepov
,
M.
Borghesi
,
S. V.
Bulanov
,
G.
Mourou
, and
T.
Tajima
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
175003
(
2004
).
4.
L. D.
Landau
and
E. M.
Lifshitz
,
The Classical Theory of Field
, 2nd ed. (
Addison-Wesley
,
University of Michigan
,
1951
).
5.
A.
Macchi
,
S.
Veghini
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
085003
(
2009
);
[PubMed]
A.
Macchi
,
S.
Veghini
,
T. V.
Liseykina
, and
F.
Pegoraro
,
New J. Phys.
12
,
045013
(
2010
).
6.
F. A.
Zander
,
Technika i Zhizn
13
,
15
(
1924
) (in Russian).
7.
R. L.
Forward
,
Missiles Rockets
10
,
26
(
1962
);
G.
Marx
,
Nature
211
,
22
(
1966
);
J. L.
Redding
,
Nature
213
,
588
(
1967
).
8.
C. R.
McInnes
,
Solar Sailing: Technology, Dynamics and Mission Applications
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
2004
).
9.
G.
Mourou
,
T.
Tajima
, and
S. V.
Bulanov
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
309
(
2006
);
M.
Borghesi
,
J.
Fuchs
,
S. V.
Bulanov
,
A. J.
Mackinnon
,
P.
Patel
, and
M.
Roth
,
Fusion Sci. Technol.
49
,
412
(
2006
).
10.
F.
Pegoraro
and
S. V.
Bulanov
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
065002
(
2007
);
[PubMed]
S. V.
Bulanov
,
T.
Zh. Esirkepov
,
F.
Pegoraro
, and
M.
Borghesi
,
C. R. Phys.
10
,
216
(
2009
).
11.
C. A. J.
Palmer
,
J.
Schreiber
,
S. R.
Nagel
,
N. P.
Dover
,
C.
Bellei
,
F. N.
Beg
,
S.
Bott
,
R. J.
Clarke
,
A. E.
Dangor
,
S. M.
Hassan
,
P.
Hilz
,
D.
Jung
,
S.
Kneip
,
S. P. D.
Mangles
,
K. L.
Lancaster
,
A.
Rehman
,
A. P. L.
Robinson
,
C.
Spindloe
,
J.
Szerypo
,
M.
Tatarakis
,
M.
Yeung
,
M.
Zepf
, and
Z.
Najmudin
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
225002
(
2012
).
12.
X.
Zhang
,
B.
Shen
,
X.
Li
,
Z.
Jin
, and
F.
Wang
,
Phys. Plasmas
14
,
073101
(
2007
);
O.
Klimo
,
J.
Psikal
,
J.
Limpouch
, and
V. T.
Tikhonchuk
,
Phys. Rev. ST Accel. Beams
11
,
031301
(
2008
);
A. P. L.
Robinson
 et al,
New J. Phys.
10
,
013021
(
2008
);
B.
Qiao
,
S.
Kar
,
M.
Geissler
,
P.
Gibbon
,
M.
Zepf
, and
M.
Borghesi
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
115002
(
2012
).
[PubMed]
13.
N. N.
Naumova
,
T.
Schlegel
,
V. T.
Tikhonchuk
,
C.
Labaune
,
I. V.
Sokolov
, and
G.
Mourou
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
025002
(
2009
);
[PubMed]
T.
Schlegel
,
N.
Naumova
,
V. T.
Tikhonchuk
,
C.
Labaune
,
I. V.
Sokolov
, and
G.
Mourou
,
Phys. Plasmas
16
,
083103
(
2009
);
U.
Sinha
and
P.
Kaw
,
Phys. Plasmas
19
,
033102
(
2012
).
14.
M.
Tamburini
,
F.
Pegoraro
,
A.
Di Piazza
,
C.
Keitel
, and
A.
Macchi
,
New J. Phys.
12
,
123005
(
2010
);
M.
Chen
,
A.
Pukhov
,
T.-P.
Yu
, and
Z.-M.
Sheng
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
53
,
014004
(
2011
).
15.
S.
Kar
,
M.
Borghesi
,
S. V.
Bulanov
,
M. H.
Key
,
T. V.
Liseykina
,
A.
Macchi
,
A. J.
Mackinnon
,
P. K.
Patel
,
L.
Romagnani
,
A.
Schiavi
, and
O.
Willi
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
225004
(
2008
).
16.
K. U.
Akli
,
S. B.
Hansen
,
A. J.
Kemp
,
R. R.
Freeman
,
F. N.
Beg
,
D. C.
Clark
,
S. D.
Chen
,
D.
Hey
,
S. P.
Hatchett
,
K.
Highbarger
,
E.
Giraldez
,
J. S.
Green
,
G.
Gregori
,
K. L.
Lancaster
,
T.
Ma
,
A. J.
MacKinnon
,
P.
Norreys
,
N.
Patel
,
J.
Pasley
,
C.
Shearer
,
R. B.
Stephens
,
C.
Stoeckl
,
M.
Storm
,
W.
Theobald
,
L. D.
Van Woerkom
,
R.
Weber
, and
M. H.
Key
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
165002
(
2008
);
[PubMed]
A.
Henig
,
S.
Steinke
,
M.
Schnürer
,
T.
Sokollik
,
R.
Hörlein
,
D.
Kiefer
,
D.
Jung
,
J.
Schreiber
,
B. M.
Hegelich
,
X. Q.
Yan
,
J.
Meyer-ter-Vehn
,
T.
Tajima
,
P. V.
Nickles
,
W.
Sandner
, and
D.
Habs
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
245003
(
2009
);
[PubMed]
C. A. J.
Palmer
,
N. P.
Dover
,
I.
Pogorelsky
,
M.
Babzien
,
G. I.
Dudnikova
,
M.
Ispiriyan
,
M. N.
Polyanskiy
,
J.
Schreiber
,
P.
Shkolnikov
,
V.
Yakimenko
, and
Z.
Najmudin
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
014801
(
2011
).
[PubMed]
17.
M.
Chen
,
A.
Pukhov
,
T. P.
Yu
, and
Z.-M.
Sheng
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
024801
(
2009
).
18.
S. V.
Bulanov
,
E.
Yu. Echkina
,
T.
Zh. Esirkepov
,
I. N.
Inovenkov
,
M.
Kando
,
F.
Pegoraro
, and
G.
Korn
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
135003
(
2010
);
[PubMed]
S. V.
Bulanov
,
E.
Yu. Echkina
,
T.
Zh. Esirkepov
,
I. N.
Inovenkov
,
M.
Kando
,
F.
Pegoraro
, and
G.
Korn
,
Phys. Plasmas
17
,
063102
(
2010
).
19.
S. S.
Bulanov
,
V.
Chvykov
,
G.
Kalinchenko
,
T.
Matsuoka
,
P.
Rousseau
,
S.
Reed
,
V.
Yanovsky
,
K.
Krushelnick
,
A.
Maksimchuk
,
A.
Brantov
,
V.
Yu. Bychenkov
, and
D. W.
Litzenberg
,
Med. Phys.
35
,
1770
(
2008
);
[PubMed]
S. S.
Bulanov
,
A.
Brantov
,
V.
Yu. Bychenkov
,
V.
Chvykov
,
G.
Kalinchenko
,
T.
Matsuoka
,
P.
Rousseau
,
S.
Reed
,
V.
Yanovsky
,
D. W.
Litzenberg
,
K.
Krushelnick
, and
A.
Maksimchuk
,
Phys. Rev. E
78
,
026412
(
2008
).
20.
J.
Badziak
,
S.
Jabłoński
,
T.
Pisarczyk
,
P.
Rączka
,
E.
Krousky
,
R.
Liska
,
M.
Kucharik
,
T.
Chodukowski
,
Z.
Kalinowska
,
P.
Parys
,
M.
Rosiński
,
S.
Borodziuk
, and
J.
Ullschmied
,
Phys. Plasmas
19
,
053105
(
2012
).
21.
J.
Denavit
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
3052
(
1992
).
22.
L. O.
Silva
,
M.
Marti
,
J. R.
Davies
,
R. A.
Fonseca
,
C.
Ren
,
F. S.
Tsung
, and
W. B.
Mori
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
015002
(
2004
);
[PubMed]
A.
Macchi
,
F.
Cattani
,
T. V.
Liseykina
, and
F.
Cornolti
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
165003
(
2005
);
[PubMed]
A.
Macchi
,
A. S.
Nindrayog
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Rev. E
85
,
046402
(
2012
).
23.
A. P. L.
Robinson
,
P.
Gibbon
,
M.
Zepf
,
S.
Kar
,
R. G.
Evans
, and
C.
Bellei
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
51
,
024004
(
2009
).
24.
H.
Habara
,
K. L.
Lancaster
,
S.
Karsch
,
C. D.
Murphy
,
P. A.
Norreys
,
R. G.
Evans
,
M.
Borghesi
,
L.
Romagnani
,
M.
Zepf
,
T.
Norimatsu
,
Y.
Toyama
,
R.
Kodama
,
J. A.
King
,
R.
Snavely
,
K.
Akli
,
B.
Zhang
,
R.
Freeman
,
S.
Hatchett
,
A. J.
MacKinnon
,
P.
Patel
,
M. H.
Key
,
C.
Stoeckl
,
R. B.
Stephens
,
R. A.
Fonseca
, and
L. O.
Silva
,
Phys. Rev. E
70
,
046414
(
2004
).
25.
T.
Morita
,
Y.
Sakawa
,
Y.
Kuramitsu
,
S.
Dono
,
H.
Aoki
,
H.
Tanji
,
T. N.
Kato
,
Y. T.
Li
,
Y.
Zhang
,
X.
Liu
,
J. Y.
Zhong
,
H.
Takabe
, and
J.
Zhang
,
Phys. Plasmas
17
,
122702
(
2010
);
Y.
Kuramitsu
,
Y.
Sakawa
,
T.
Morita
,
C. D.
Gregory
,
J. N.
Waugh
,
S.
Dono
,
H.
Aoki
,
H.
Tanji
,
M.
Koenig
,
N.
Woolsey
, and
H.
Takabe
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
175002
(
2011
);
[PubMed]
J. S.
Ross
,
S. H.
Glenzer
,
P.
Amendt
,
R.
Berger
,
L.
Divol
,
N. L.
Kugland
,
O. L.
Landen
,
C.
Plechaty
,
B.
Remington
,
D.
Ryutov
,
W.
Rozmus
,
D. H.
Froula
,
G.
Fiksel
,
C.
Sorce
,
Y.
Kuramitsu
,
T.
Morita
,
Y.
Sakawa
,
H.
Takabe
,
R. P.
Drake
,
M.
Grosskopf
,
C.
Kuranz
,
G.
Gregori
,
J.
Meinecke
,
C. D.
Murphy
,
M.
Koenig
,
A.
Pelka
,
A.
Ravasio
,
T.
Vinci
,
E.
Liang
,
R.
Presura
,
A.
Spitkovsky
,
F.
Miniati
, and
H.-S.
Park
,
Phys. Plasmas
19
,
056501
(
2012
).
26.
T.
Kato
and
H.
Takabe
,
Phys. Plasmas
17
,
032114
(
2010
);
N. J.
Sircombe
,
M. E.
Dieckmann
,
P. K.
Shukla
, and
T. D.
Arber
,
Astron. Astrophys.
452
,
371
(
2006
);
R. P.
Drake
and
G.
Gregori
,
Astrophys. J.
749
,
171
(
2012
).
27.
E.
Ott
,
Phys. Rev. Lett.
29
,
1429
(
1972
).
28.
W.
Manheimer
,
D.
Colombait
, and
E.
Ott
,
Phys. Fluids
27
,
2164
(
1984
);
T.
Taguchi
and
K.
Mima
,
Phys. Plasmas
2
,
2790
(
1995
);
F.
Pegoraro
,
S. V.
Bulanov
,
J. I.
Sakai
, and
G.
Tomassini
,
Phys. Rev. E
64
,
016415
(
2001
).
29.
S. S.
Bulanov
,
C. B.
Schroeder
,
E.
Esarey
, and
W. P.
Leemans
,
Phys. Plasmas
19
,
093112
(
2012
).
30.
N. N.
Rosanov
,
N. V.
Vysotina
, and
A. N.
Shatsev
,
JETP Lett.
93
,
308
(
2011
).
31.
S.
Wilks
,
W.
Kruer
,
M.
Tabak
, and
A. B.
Langdon
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1383
(
1992
);
[PubMed]
P.
Gibbon
,
Phys. Rev. E
72
,
026411
(
2005
).
32.
O.
Buneman
,
Phys. Rev.
115
,
503
(
1959
).
33.
A. B.
Mikhailovskii
,
Theory of Plasma Instabilities
(
Consultants Bureau, N.Y.
,
1974
), Vol.
1
.
34.
N. G.
Belova
,
A. A.
Galeev
,
R. Z.
Sagdeev
, and
Yu. S.
Sigov
,
Sov. Phys. JETP Lett.
31
,
518
(
1980
);
A. A.
Galeev
,
R. Z.
Sagdeev
,
V. D.
Shapiro
, and
V. I.
Shevchenko
,
Sov. Phys. JETP
54
,
306
(
1981
);
S. V.
Bulanov
and
P. V.
Sasorov
,
Sov. J. Plasma Phys.
12
,
29
(
1986
);
S. V.
Bulanov
,
L. M.
Kovrizhnykh
, and
A. S.
Sakharov
,
Phys. Rep.
186
,
1
(
1990
);
M.
Borghesi
,
S. V.
Bulanov
,
T.
Zh. Esirkepov
,
S.
Fritzler
,
S.
Kar
,
T. V.
Liseikina
,
V.
Malka
,
F.
Pegoraro
,
L.
Romagnani
,
J. P.
Rousseau
,
A.
Schiavi
,
O.
Willi
, and
A. V.
Zayats
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
195003
(
2005
).
[PubMed]
35.
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
B. M.
Hegelich
,
K. J.
Bowers
,
K. A.
Flippo
,
T. J. T.
Kwan
, and
J. C.
Fernandez
,
Phys. Plasmas
14
,
056706
(
2007
);
A.
Henig
,
D.
Kiefer
,
K.
Markey
,
D. C.
Gautier
,
K. A.
Flippo
,
S.
Letzring
,
R. P.
Johnson
,
T.
Shimada
,
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
K. J.
Bowers
,
J. C.
Fernandez
,
S. G.
Rykovanov
,
H.-C.
Wu
,
M.
Zepf
,
D.
Jung
,
V. K.
Liechtenstein
,
J.
Schreiber
,
D.
Habs
, and
B. M.
Hegelich
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
045002
(
2009
);
[PubMed]
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
D.
Jung
,
R. C.
Shah
,
S.
Palaniyappan
,
K. J.
Bowers
,
A.
Henig
,
J. C.
Fernandez
, and
B. M.
Hegelich
,
Phys. Plasmas
18
,
063103
(
2011
).
36.
L. E.
Thode
and
R. N.
Sudan
,
Phys. Rev. Lett.
30
,
732
(
1973
).
37.
E. M.
Lifshitz
and
L. P.
Pitaevskii
,
Physical Kinetics
(
Pergamon
,
New York
,
1988
).
38.
E. S.
Weibel
,
Phys. Rev. Lett.
2
,
83
(
1959
).
39.
B. M.
Gaensler
,
E.
van der Swaluw
,
F.
Camilo
,
V. M.
Kaspi
,
F. K.
Baganoff
,
F.
Yusef-Zadeh
, and
R. N.
Manchester
,
Astrophys. J.
616
,
383
(
2004
);
F.
Califano
,
F.
Pegoraro
, and
S. V.
Bulanov
,
Phys. Rev. E
56
,
963
(
1997
);
Y.
Kazimura
,
J.-I.
Sakai
,
T.
Neubert
, and
S. V.
Bulanov
,
Astrophys. J.
498
,
L183
(
1998
);
M. V.
Medvedev
and
A.
Loeb
,
Astrophys. J.
526
,
697
(
1999
);
Y.
Kazimura
,
F.
Califano
,
J.-I.
Sakai
,
T.
Neubert
,
F.
Pegoraro
, and
S.
Bulanov
,
J. Phys. Soc. Jpn.
67
,
1079
(
1998
);
M.
Honda
,
J.
Meyer-ter-Vehn
, and
A. M.
Pukhov
,
Phys. Plasmas
7
,
1302
(
2000
);
J. I.
Sakai
 et al,
Phys. Plasmas
9
,
2959
(
2002
).
40.
M.
Abramowitz
and
I. A.
Stegun
,
Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables
(
Dover
,
N.Y.
,
1972
).
41.
D.
Haberberger
,
S.
Tochitsky
,
F.
Fluza
,
C.
Gong
,
R. A.
Fonseca
,
L. O.
Silva
,
W. B.
Morri
, and
C.
Joshi
,
Nat. Phys.
8
,
95
(
2012
).
42.
T.
Zh. Esirkepov
,
Comput. Phys. Commun.
135
,
144
(
2001
).
43.
A.
Macchi
,
F.
Cornolti
,
F.
Pegoraro
,
T. V.
Liseikina
,
H.
Ruhl
, and
V. A.
Vshivkov
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
205004
(
2001
).
44.
F.
Fiuza
,
R. A.
Fonseca
,
J.
Tonge
,
W. B.
Mori
, and
L. O.
Silva
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
235004
(
2012
).
45.
B. A.
Remington
,
D.
Arnett
,
R. P.
Drake
, and
H.
Takabe
,
Science
284
,
1488
(
1999
);
B.
Remington
,
R. P.
Drake
, and
D.
Ryutov
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
755
(
2006
);
S. V.
Bulanov
,
T.
Zh. Esirkepov
,
D.
Habs
,
F.
Pegoraro
, and
T.
Tajima
,
Eur. Phys. J. D
55
,
483
(
2009
).
46.
S. V.
Bulanov
,
T.
Esirkepov
,
P.
Migliozzi
,
F.
Pegoraro
,
T.
Tajima
, and
F.
Terranova
,
Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A
540
,
25
(
2005
).
47.
M.
Roth
,
T. E.
Cowan
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
C.
Brown
,
W.
Fountain
,
J.
Johnson
,
D. M.
Pennington
,
R. A.
Snavely
,
S. C.
Wilks
,
K.
Yatsuike
,
H.
Ruhl
,
F.
Pegoraro
,
S. V.
Bulanov
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
H.
Powell
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
436
(
2001
);
[PubMed]
V.
Yu. Bychenkov
,
W.
Rozmus
,
A.
Maksimchuk
,
D.
Umstadter
, and
C. E.
Capjack
,
Plasma Phys. Rep.
27
,
1017
(
2001
);
S.
Atzeni
,
M.
Temporal
, and
J. J.
Honrubia
,
Nucl. Fusion
42
,
L1
(
2002
);
J. J.
Honrubia
,
J. C.
Fernandez
,
M.
Temporal
,
B. M.
Hegelich
, and
J.
Meyer-ter-Vehn
,
Phys. Plasmas
16
,
102701
(
2009
).
48.
S. V.
Bulanov
and
V. S.
Khoroshkov
,
Plasma Phys. Rep.
28
,
453
(
2002
);
S. V.
Bulanov
,
T.
Zh. Esirkepov
,
V. S.
Khoroshkov
,
A. V.
Kuznetsov
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Lett. A
299
,
240
(
2002
).
49.
T.
Zh. Esirkepov
,
S. V.
Bulanov
,
M.
Kando
,
A. S.
Pirozhkov
, and
A. G.
Zhidkov
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
025002
(
2009
).
50.
J.
Mason
,
J.
Stupl
,
W.
Marshall
, and
C.
Levit
,
AIP Conf. Proc.
1464
,
481
(
2012
).
You do not currently have access to this content.