西安交通大學(xué)科研人員在強(qiáng)場(chǎng)量子電動(dòng)力學(xué)物理領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
時(shí)間：2022-05-06 12:03:15 閱讀量：1151
來(lái)源：西安交通大學(xué)新聞網(wǎng)
近年來(lái)，超強(qiáng)激光技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是10-100PW超強(qiáng)激光時(shí)代的到來(lái)，為量子電動(dòng)力學(xué)（QED）的理論驗(yàn)證提供了前所未有的極端實(shí)驗(yàn)條件。利用超強(qiáng)激光條件下的輻射自旋極化機(jī)制，可以在fs（10-15s）時(shí)間尺度內(nèi)產(chǎn)生高度自旋極化的電子（正電子）束。但是，基于該QED效應(yīng)產(chǎn)生的自旋極化方向垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向，不能滿足高精度高能物理對(duì)縱向極化電子束的需求。電子束的螺旋度信息（即方向平行或反平行于運(yùn)動(dòng)方向的自旋極化度），因具有更廣闊的應(yīng)用前景而受到普遍關(guān)注。利用激光Compton散射過(guò)程中粒子間的螺旋度傳遞效應(yīng)有望產(chǎn)生縱向極化電子束，為解決上述問(wèn)題提供了新思路。然而，以往的系列研究表明，無(wú)論線性還是非線性機(jī)制下，從入射光子到散射電子間無(wú)法出現(xiàn)有效的螺旋度傳遞效應(yīng)。
近日，西安交大核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院青年教師李彥霏與合作者采用全自旋分辨的蒙特卡洛數(shù)值模擬方法，研究了超短超強(qiáng)激光和相對(duì)論電子束的非線性Compton散射過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，在圓偏振超強(qiáng)激光場(chǎng)中，由于電子瞬態(tài)輻射極化矢量與激光場(chǎng)矢量的相位匹配（同向或反向）關(guān)系以及電子反常磁矩導(dǎo)致的自旋旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，經(jīng)過(guò)多次散射過(guò)程累積后，散射電子出現(xiàn)了明顯的縱向極化度，從而實(shí)現(xiàn)了從入射光子到散射電子間的螺旋度傳遞，且傳遞效率可高達(dá)10%。該研究結(jié)果揭示了QED頂角輻射修正相關(guān)的電子反常磁矩對(duì)電子自旋動(dòng)力學(xué)過(guò)程的全新作用機(jī)制，證明了非線性Compton散射中入射光子和散射電子間存在明顯的螺旋度傳遞效應(yīng)，提出了利用超強(qiáng)激光條件研究QED輻射修正效應(yīng)的全新途徑。
圓偏振超強(qiáng)激光-電子束非線性Compton散射過(guò)程中螺旋度傳遞過(guò)程示意圖
研究成果以“強(qiáng)激光場(chǎng)中電子反常磁矩導(dǎo)致的螺旋度傳遞效應(yīng)”（Helicity Transfer in Strong Laser Fields via the Electron Anomalous Magnetic Moment）為題發(fā)表于《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。西安交通大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院青年教師李彥霏為該論文第一作者和通訊作者，上海師范大學(xué)陳月月教授為共同通訊作者，德國(guó)馬克斯普朗克核物理所Karen Z. Hatsagortsyan研究員和Christoph H. Keitel教授為共同作者。西安交通大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為論文第一單位。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金等資助。
文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.174801
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