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中国正电子加速研究取得新进展

电子加速 正电子
发布:2020-11-10 17:08:47     来源:中国科学院上海光学精密机械研究所

近日,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在正电子加速研究中取得进展,研究团队首次提出利用相干渡越辐射加速正电子,得到了准单能的高品质正电子源,相关成果发表在《通讯-物理学》(Communications Physics)上。

利用激光尾场加速电子研究中,目前实验室可获得的最高电子能量为7.8 GeV。然而,对于电子的反物质-正电子,利用尾场对其加速面临较为严峻的挑战,正电子通常需要预先产生并注入到尾场中,且更关键的是会遇到散焦问题的困扰。研究团队提出了一个集正电子产生、注入和加速于一体的新方案。该方案分为三个阶段:首先利用激光与气体靶作用通过尾场加速得到大电荷量小发散角的高能电子束;然后利用该电子束与铜靶作用,通过Bethe-Heitler(BH)过程产生大量的正负电子对;第三个阶段则是电子从铜靶后表面逸出时会产生非常强的相干渡越辐射场,该渡越辐射场能够捕获正电子,并使其获得长距离加速。模拟结果显示,相干渡越辐射场能达到10 GV/m的水平,且经过400 mm的加速,正电子的能量峰值为500 MeV,能散为24.3%,截止能量为1.5 GeV。同时,在加速过程中外加了30 T的纵向磁场进一步约束电子和正电子。该方案为获得高能正电子源提供了新方法。

研究工作得到科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)、中科院科学装备研究计划和国家自然科学基金的支持。

(a)正电子加速方案示意图,(b)电子能谱,(c)正电子能谱

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