中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于尾場(chǎng)空泡加速的自旋過(guò)濾器,利用該方案有望實(shí)現(xiàn)全光驅(qū)動(dòng)的緊湊高能極化電子源。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《應(yīng)用物理評(píng)論》。
高能極化電子束被廣泛應(yīng)用于高能物理(粒子對(duì)撞機(jī))、核物理、材料物理等領(lǐng)域,然而產(chǎn)生這樣的電子束一般依賴(lài)于龐大、造價(jià)高昂的傳統(tǒng)加速器。激光尾場(chǎng)加速具有超高的加速梯度,國(guó)際上過(guò)去十多年在電子能量、品質(zhì)的提升方面取得了顯著進(jìn)展,但極化粒子產(chǎn)生方面的研究幾近于無(wú)。
該研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)立發(fā)展了包含自旋效應(yīng)的粒子模擬方法,開(kāi)展激光極化粒子加速研究。研究發(fā)現(xiàn),激光尾場(chǎng)電子加速過(guò)程中,注入電子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使電子自旋發(fā)生進(jìn)動(dòng),由于每個(gè)電子的注入位置、磁場(chǎng)方向與強(qiáng)度均不相同,自旋進(jìn)動(dòng)無(wú)法同步,從而使電子束發(fā)生退極化現(xiàn)象。進(jìn)一步研究表明,對(duì)于橫向預(yù)極化的等離子體靶,電子束的自旋進(jìn)動(dòng)與其在相空間的位置是相關(guān)的,在特定的相空間區(qū)域電子的自旋進(jìn)動(dòng)受到顯著抑制。同時(shí),研究人員設(shè)計(jì)了一種X型過(guò)濾器,置于加速完成的電子束之后,過(guò)濾掉進(jìn)動(dòng)顯著的電子,留下相空間中高極化率部分。該設(shè)計(jì)方案可以使得電子束極化率由最初的35%左右提升至80%以上。
此外,研究人員通過(guò)大量三維模擬對(duì)該自旋濾波器的性能進(jìn)行了標(biāo)定,并對(duì)該方案在不完美實(shí)驗(yàn)條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了討論說(shuō)明。
“利用該方案產(chǎn)生的高能極化粒子束未來(lái)可用于正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的束流源。”專(zhuān)家表示,這項(xiàng)研究工作突破了先前利用尾場(chǎng)加速預(yù)極化電子加速的驅(qū)動(dòng)源、等離子體源參數(shù)限制。(來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào) 黃辛)
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