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单次激光-电子相互作用产生的射线

DOI：10.1103/PhysRevLett.124.014801 期刊：Physical Review Letters 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 在量子辐射主导区的非线性康普顿散射中，我们研究了通过超强激光脉冲与自旋极化逆向运动的极端相对论电子束单次相互作用产生圆偏振（CP）和线偏振（LP）γ射线。为模拟该过程，我们开发了采用电子自旋分辨极化光子发射概率的蒙特卡洛方法，展示了将电子极化高效转移至高能光子极化的途径。特别地，纵向（横向）自旋极化电子束可产生极化度达95%的数GeV级CP（LP）γ射线，其光子通量满足近期超强激光场中真空双折射测量方案的指标要求。此类高能、高亮度、高极化γ射线亦适用于高能物理与实验室天体物理等其他领域。
作者： Yan-Fei Li，Rashid Shaisultanov，Yue-Yue Chen，Feng Wan，Karen Z. Hatsagortsyan，Christoph H. Keitel，Jian-Xing Li
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研究概述 实验方案

研究目的

研究在量子辐射主导区，通过超强激光脉冲与自旋极化的反向传播超相对论电子束在非线性康普顿散射中的单次相互作用产生圆偏振（CP）和线偏振（LP）γ射线。

研究成果

在超相对论纵向（横向）自旋极化电子的非线性康普顿散射过程中，能够产生偏振度高达约95%的数GeV级CP（LP）γ射线。单次相互作用即可获得适用于超强激光场中真空双折射测量的光子数量。该研究为高能物理、天体物理学和强激光物理学领域的应用开辟了新途径。

研究不足

该研究聚焦于极化γ射线产生的理论探究与模拟，其实际实施取决于超强激光脉冲和自旋极化超相对论电子束的可获取性。文中指出γ射线极化对激光与电子束参数变化的稳健性，但未讨论实现这些条件所面临的实验挑战。

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