近日，北京大學(xué)物理學(xué)院顏學(xué)慶教授和盧海洋研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組提出了激光驅(qū)動(dòng)光子對(duì)撞機(jī)的新方案，該方案每脈沖可以產(chǎn)生3億個(gè)Breit－Wheeler事件，并且所產(chǎn)生的正負(fù)電子對(duì)發(fā)散角只有7度，具有非常好的準(zhǔn)直性。同時(shí)，背景噪聲可以得到有效抑制，信噪比高達(dá)1000：1。
在光子對(duì)撞機(jī)中，光子的互作用的次數(shù)與光子數(shù)目和光子互作用截面成正比，與光子束的脈沖寬度、兩束光子束的交疊面積成反比。在過(guò)去實(shí)驗(yàn)中不能觀測(cè)到光子的互作用過(guò)程是因?yàn)橐延匈ゑR射線源的流強(qiáng)和亮度還達(dá)不到要求。
團(tuán)隊(duì)研究人員在前期的工作中對(duì)產(chǎn)生超高亮度伽馬光源進(jìn)行了深入的研究，首次從理論上系統(tǒng)闡明了微通道結(jié)構(gòu)靶中，縱向電場(chǎng)主導(dǎo)了電子的加速過(guò)程，同時(shí)電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準(zhǔn)直性的電子束，當(dāng)這些電子束在橫向場(chǎng)中的相位發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)，電子就會(huì)在管道邊界處產(chǎn)生強(qiáng)伽馬輻射。由于電子的發(fā)散角決定了伽馬輻射的發(fā)散角，因此可以獲得準(zhǔn)直性非常好的γ－ray輻射源。數(shù)值模擬中10PW激光所能獲得的發(fā)散角小于3度，最亮的伽馬輻射源，亮度比之前研究報(bào)道結(jié)果高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
本次工作基于以上研究成果，將該超高亮度的伽馬射線應(yīng)用于光子對(duì)撞機(jī)。理論計(jì)算結(jié)果表明，該方案可以獲得超高信噪比（＞1000：1），且每一發(fā)正負(fù)電子對(duì)信號(hào)（＞1e8）遠(yuǎn)高于現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的探測(cè)極限。因此，通過(guò)該方案可以在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證光子互作用過(guò)程中由能量到物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過(guò)程，將提供激光驅(qū)動(dòng)光子對(duì)撞機(jī)研究的新途徑，也將極大的促進(jìn)雙光子BW物理的發(fā)展。未來(lái)有望依據(jù)本方案建設(shè)基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應(yīng)用裝置。
相關(guān)研究成果已發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。
在光子對(duì)撞機(jī)中，光子的互作用的次數(shù)與光子數(shù)目和光子互作用截面成正比，與光子束的脈沖寬度、兩束光子束的交疊面積成反比。在過(guò)去實(shí)驗(yàn)中不能觀測(cè)到光子的互作用過(guò)程是因?yàn)橐延匈ゑR射線源的流強(qiáng)和亮度還達(dá)不到要求。
團(tuán)隊(duì)研究人員在前期的工作中對(duì)產(chǎn)生超高亮度伽馬光源進(jìn)行了深入的研究，首次從理論上系統(tǒng)闡明了微通道結(jié)構(gòu)靶中，縱向電場(chǎng)主導(dǎo)了電子的加速過(guò)程，同時(shí)電子的橫向加速可以得到有效的抑制，因此可以獲得高準(zhǔn)直性的電子束，當(dāng)這些電子束在橫向場(chǎng)中的相位發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)，電子就會(huì)在管道邊界處產(chǎn)生強(qiáng)伽馬輻射。由于電子的發(fā)散角決定了伽馬輻射的發(fā)散角，因此可以獲得準(zhǔn)直性非常好的γ－ray輻射源。數(shù)值模擬中10PW激光所能獲得的發(fā)散角小于3度，最亮的伽馬輻射源，亮度比之前研究報(bào)道結(jié)果高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
本次工作基于以上研究成果，將該超高亮度的伽馬射線應(yīng)用于光子對(duì)撞機(jī)。理論計(jì)算結(jié)果表明，該方案可以獲得超高信噪比（＞1000：1），且每一發(fā)正負(fù)電子對(duì)信號(hào)（＞1e8）遠(yuǎn)高于現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的探測(cè)極限。因此，通過(guò)該方案可以在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證光子互作用過(guò)程中由能量到物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過(guò)程，將提供激光驅(qū)動(dòng)光子對(duì)撞機(jī)研究的新途徑，也將極大的促進(jìn)雙光子BW物理的發(fā)展。未來(lái)有望依據(jù)本方案建設(shè)基于重頻拍瓦飛秒激光的高亮度伽馬源及其應(yīng)用裝置。
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