正電子加速研究獲進展

2020-11-10 中科院之聲

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室在正電子加速研究中取得進展，研究團隊首次提出利用相干渡越輻射加速正電子，得到了準單能的高品質正電子源，相關成果發表在《通訊-物理學》（Communications Physics）上。

利用雷射尾場加速電子研究中，目前實驗室可獲得的最高電子能量為7.8 GeV。然而，對於電子的反物質-正電子，利用尾場對其加速面臨較為嚴峻的挑戰，正電子通常需要預先產生並注入到尾場中，且更關鍵的是會遇到散焦問題的困擾。研究團隊提出了一個集正電子產生、注入和加速於一體的新方案。該方案分為三個階段：首先利用雷射與氣體靶作用通過尾場加速得到大電荷量小發散角的高能電子束；然後利用該電子束與銅靶作用，通過Bethe-Heitler（BH）過程產生大量的正負電子對；第三個階段則是電子從銅靶後表面逸出時會產生非常強的相干渡越輻射場，該渡越輻射場能夠捕獲正電子，並使其獲得長距離加速。模擬結果顯示，相干渡越輻射場能達到10 GV/m的水平，且經過400 mm的加速，正電子的能量峰值為500 MeV，能散為24.3%，截止能量為1.5 GeV。同時，在加速過程中外加了30 T的縱向磁場進一步約束電子和正電子。該方案為獲得高能正電子源提供了新方法。

研究工作得到科技部、中科院戰略性先導科技專項（B類）、中科院科學裝備研究計劃和國家自然科學基金的支持。

（a）正電子加速方案示意圖，（b）電子能譜，（c）正電子能譜

來源：中國科學院上海光學精密機械研究所

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