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    我国学者提出相对论自旋极化电子束制备新方案

    日期 2019-05-08   来源:数理科学部   作者:倪培根 姜向伟 陈刚 郭海中  【 】   【打印】   【关闭

    图.(a)利用椭圆偏振激光脉冲与相对论电子束对撞的非线性康普顿散射直接产生自旋极化电子束示意图;(b)、(c)和(d)分别为椭圆偏振、圆偏振和线偏振激光脉冲作用下的电子自旋分布

      在国家自然科学基金项目(批准号:11874295,11804269)等资助下,西安交通大学理学院栗建兴教授课题组与德国马克斯普朗克核物理所Christoph H. Keitel教授课题组合作在相对论自旋极化电子束制备方法研究方面取得重要进展,首次提出利用超强超短激光脉冲在飞秒时间尺度产生高能、高密度、高度自旋极化电子束新方案。该成果以“Ultrarelativistic Electron-Beam Polarization in Single-Shot Interactionwith an Ultraintense Laser Pulse”(超相对论电子束与单束超强激光脉冲相互作用的极化效应)为题,于2019年4月19日在线发表在Physical Review Letters(《物理评论快报》)上。文章链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.154801。

      相对论自旋极化电子束在材料物理、原子分子物理、核物理以及高能物理等领域具有重要应用价值。目前制备相对论自旋极化电子束的方法(主要依赖加速器和存储环)存在束流密度低和效率低等问题,极大地限制了相关应用发展。近年来,随着超强激光技术的飞速发展,实验上已经产生了峰值光强超过1021W/cm2量级的超短超强激光脉冲,其磁场强度高达105特斯拉。能否利用如此超强激光电磁场来极化电子束成为了目前国际前沿热点研究课题之一。在过去几十年里,众多科研团队开展了超强激光产生极化电子束的研究工作,但均未取得实质性突破。

      西安交通大学栗建兴教授带领的研究团队与国外合作,发展了全新的适用于任意超强激光电磁场中辐射自旋效应的蒙特卡洛计算方法,首次提出了利用目前实验上可实现的椭圆偏振超短超强激光脉冲产生相对论自旋极化电子束的新方案。在超强激光电磁场中,电子辐射后其自旋矢量会平行或反平行于(电子静止坐标系)磁场方向,电子在反平行的半周期电磁场中的辐射概率要高于在平行的半周期电磁场。通过对激光脉冲增加一个较小的椭圆率,自旋方向相反的电子会在辐射反作用下沿着椭圆激光短轴方向分离。基于此方案,理论上在飞秒时间尺度上可以产生自旋极化率高达70%以上的高密度相对论电子束。

      该项研究将为探究原子核结构,产生高能偏振伽马射线,研究宇称不守恒以及超出标准模型的新物理等高能物理实验所需的高能自旋极化电子束提供一种更高效的全光研究手段。




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