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    我國學者提出相對論自旋極化電子束制備新方案

    日期 2019-05-08   來源:數理科學部   作者:倪培根 姜向偉 陳剛 郭海中  【 】   【打印】   【關閉

    圖.(a)利用橢圓偏振激光脈沖與相對論電子束對撞的非線性康普頓散射直接產生自旋極化電子束示意圖;(b)、(c)和(d)分別為橢圓偏振、圓偏振和線偏振激光脈沖作用下的電子自旋分布

      在國家自然科學基金項目(批準號:11874295,11804269)等資助下,西安交通大學理學院栗建興教授課題組與德國馬克斯普朗克核物理所Christoph H. Keitel教授課題組合作在相對論自旋極化電子束制備方法研究方面取得重要進展,首次提出利用超強超短激光脈沖在飛秒時間尺度產生高能、高密度、高度自旋極化電子束新方案。該成果以“Ultrarelativistic Electron-Beam Polarization in Single-Shot Interactionwith an Ultraintense Laser Pulse”(超相對論電子束與單束超強激光脈沖相互作用的極化效應)為題,于2019年4月19日在線發表在Physical Review Letters(《物理評論快報》)上。文章鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.154801。

      相對論自旋極化電子束在材料物理、原子分子物理、核物理以及高能物理等領域具有重要應用價值。目前制備相對論自旋極化電子束的方法(主要依賴加速器和存儲環)存在束流密度低和效率低等問題,極大地限制了相關應用發展。近年來,隨著超強激光技術的飛速發展,實驗上已經產生了峰值光強超過1021W/cm2量級的超短超強激光脈沖,其磁場強度高達105特斯拉。能否利用如此超強激光電磁場來極化電子束成為了目前國際前沿熱點研究課題之一。在過去幾十年里,眾多科研團隊開展了超強激光產生極化電子束的研究工作,但均未取得實質性突破。

      西安交通大學栗建興教授帶領的研究團隊與國外合作,發展了全新的適用于任意超強激光電磁場中輻射自旋效應的蒙特卡洛計算方法,首次提出了利用目前實驗上可實現的橢圓偏振超短超強激光脈沖產生相對論自旋極化電子束的新方案。在超強激光電磁場中,電子輻射后其自旋矢量會平行或反平行于(電子靜止坐標系)磁場方向,電子在反平行的半周期電磁場中的輻射概率要高于在平行的半周期電磁場。通過對激光脈沖增加一個較小的橢圓率,自旋方向相反的電子會在輻射反作用下沿著橢圓激光短軸方向分離。基于此方案,理論上在飛秒時間尺度上可以產生自旋極化率高達70%以上的高密度相對論電子束。

      該項研究將為探究原子核結構,產生高能偏振伽馬射線,研究宇稱不守恒以及超出標準模型的新物理等高能物理實驗所需的高能自旋極化電子束提供一種更高效的全光研究手段。




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