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近年來，超強激光技術的迅速發展，尤其是10-100PW超強激光時代的到來，為量子電動力學（QED）的理論驗證提供了前所未有的極端實驗條件。利用超強激光條件下的輻射自旋極化機制，可以在fs（10-15s）時間尺度內產生高度自旋極化的電子（正電子）束。但是，基于該QED效應產生的自旋極化方向垂直于電子運動方向，不能滿足高精度高能物理對縱向極化電子束的需求。電子束的螺旋度信息（即方向平行或反平行于運動方向的自旋極化度），因具有更廣闊的應用前景而受到普遍關注。利用激光Compton散射過程中粒子間的螺旋度傳遞效應有望產生縱向極化電子束，為解決上述問題提供了新思路。然而，以往的系列研究表明，無論線性還是非線性機制下，從入射光子到散射電子間無法出現有效的螺旋度傳遞效應。
近日，西安交大核科學與技術學院青年教師李彥霏與合作者采用全自旋分辨的蒙特卡洛數值模擬方法，研究了超短超強激光和相對論電子束的非線性Compton散射過程。研究發現，在圓偏振超強激光場中，由于電子瞬態輻射極化矢量與激光場矢量的相位匹配（同向或反向）關系以及電子反常磁矩導致的自旋旋轉效應，經過多次散射過程累積后，散射電子出現了明顯的縱向極化度，從而實現了從入射光子到散射電子間的螺旋度傳遞，且傳遞效率可高達10%。該研究結果揭示了QED頂角輻射修正相關的電子反常磁矩對電子自旋動力學過程的全新作用機制，證明了非線性Compton散射中入射光子和散射電子間存在明顯的螺旋度傳遞效應，提出了利用超強激光條件研究QED輻射修正效應的全新途徑。
圓偏振超強激光-電子束非線性Compton散射過程中螺旋度傳遞過程示意圖
研究成果以“強激光場中電子反常磁矩導致的螺旋度傳遞效應”（Helicity Transfer in Strong Laser Fields via the Electron Anomalous Magnetic Moment）為題發表于《物理學評論快報》（Physical Review Letters）。西安交通大學核科學與技術學院青年教師李彥霏為該論文第一作者和通訊作者，上海師范大學陳月月教授為共同通訊作者，德國馬克斯普朗克核物理所Karen Z. Hatsagortsyan研究員和Christoph H. Keitel教授為共同作者。西安交通大學核科學與技術學院為論文第一單位。
該研究得到國家自然科學基金等資助。
