西安交通大学科研人员在强场量子电动力学物理领域取得重要进展

近年来，超强激光技术的迅速发展，尤其是10-100PW超强激光时代的到来，为量子电动力学（QED）的理论验证提供了前所未有的极端实验条件。利用超强激光条件下的辐射自旋极化机制，可以在fs（10-15s）时间尺度内产生高度自旋极化的电子（正电子）束。但是，基于该QED效应产生的自旋极化方向垂直于电子运动方向，不能满足高精度高能物理对纵向极化电子束的需求。电子束的螺旋度信息（即方向平行或反平行于运动方向的自旋极化度），因具有更广阔的应用前景而受到普遍关注。利用激光Compton散射过程中粒子间的螺旋度传递效应有望产生纵向极化电子束，为解决上述问题提供了新思路。然而，以往的系列研究表明，无论线性还是非线性机制下，从入射光子到散射电子间无法出现有效的螺旋度传递效应。

近日，西安交大核科学与技术学院青年教师李彦霏与合作者采用全自旋分辨的蒙特卡洛数值模拟方法，研究了超短超强激光和相对论电子束的非线性Compton散射过程。研究发现，在圆偏振超强激光场中，由于电子瞬态辐射极化矢量与激光场矢量的相位匹配（同向或反向）关系以及电子反常磁矩导致的自旋旋转效应，经过多次散射过程累积后，散射电子出现了明显的纵向极化度，从而实现了从入射光子到散射电子间的螺旋度传递，且传递效率可高达10%。该研究结果揭示了QED顶角辐射修正相关的电子反常磁矩对电子自旋动力学过程的全新作用机制，证明了非线性Compton散射中入射光子和散射电子间存在明显的螺旋度传递效应，提出了利用超强激光条件研究QED辐射修正效应的全新途径。

圆偏振超强激光-电子束非线性Compton散射过程中螺旋度传递过程示意图

研究成果以“强激光场中电子反常磁矩导致的螺旋度传递效应”（Helicity Transfer in Strong Laser Fields via the Electron Anomalous Magnetic Moment）为题发表于《物理学评论快报》（Physical Review Letters）。西安交通大学核科学与技术学院青年教师李彦霏为该论文第一作者和通讯作者，上海师范大学陈月月教授为共同通讯作者，德国马克斯普朗克核物理所Karen Z. Hatsagortsyan研究员和Christoph H. Keitel教授为共同作者。西安交通大学核科学与技术学院为论文第一单位。

该研究得到国家自然科学基金等资助。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.174801