物理所在强激光和物质相互作用研究中取得进展

2022-08-15 16:02

自旋极化的正电子在高能物理、材料物理和实验室天体物理等领域具有广泛的用途。目前，传统极化正电子源是基于Bethe－Heitler机制通过圆偏振伽马光或纵向极化电子轰击高Z固体靶实现的，但是单发的正电子产额只有飞库量级（10^－15库仑），难以满足未来正负电子对撞机所需的纳库（10^－9库仑）以及极化正负电子等离子体物理研究中的要求。如何获得大电量和高密度的极化正电子仍然是巨大的挑战。

中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室L05组博士生宋怀航、研究员李玉同和中国人民大学物理系教授王伟民对激光等离子体物理中强场量子电动力学（QED）自旋极化效应进行了长期的理论模拟研究【Physical Review A 100， 033407 （2019）】，并发展了国际上首个包含电子／正电子自旋极化和光子偏振效应的QED－PIC程序（PIC：particle－in－cell，粒子模拟）【New Journal of Physics 23， 075005 （2021）】。

最近，该团队利用该程序对如何产生高密度的极化正电子源进行了研究，发现采用激光固体靶实验上常用构型就可在百拍瓦激光装置上产生极化率30％、电量30纳库的正电子束，其角通量可达到10¹² sr^－1，在特定能量段上收集的正电子极化率可达到60％【Physical Review Letters 129， 035001 （2022）】。由于该方案采用了实验中常用的构型（即线偏振激光与具有预等离子体的固体靶相互作用），而不需要特殊的激光和靶设计，所以更具有可行性和实用性。此外，该工作表明在未来百拍瓦激光装置上的激光固体靶实验中，将不可避免地产生大量的极化正电子和电子，所以在此情形下必须考虑电子／正电子的自旋和光子偏振效应的影响。

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