湯姆遜散射研究獲突破

　　上海交通大學特別研究員陳民等與美國內布拉斯加林肯大學研究人員合作，日前在高階全光非線性湯姆遜散射的實驗和理論研究中獲重要突破，首次實驗觀察到高達500個光子同時與單電子的湯姆遜散射現象，得到能量超過20 MeV的伽馬光子輻射。相關研究在線發表于《自然—光子學》。

　　光子與電子的彈性散射被稱為湯姆遜散射，是經典電動力學的一個基礎問題。直到最近超短超強激光技術及激光尾波加速的快速發展，實驗室研究高階多光子非線性湯姆遜散射才成為可能。

　　據介紹，研究人員在實驗中對一束激光尾波加速，而后該電子束與另一高強度激光束在飛秒及微米級時空尺度內實現同步對撞，發生高階非線性湯姆遜散射。研究者通過數值模擬研究了電子束斑及激光強度分布效應，成功解釋了實驗測得的遠場輻射菱形分布；理論模擬再現了測量頻譜，給出了臨界輻射頻率。該數據表明，發生了單個電子與500個紅外光子的同時散射，比已有的非線性湯姆遜散射實驗幾乎高出兩個數量級；理論模擬研究表明，實際過程可能發生了高達1300個光子與電子的同時散射。

　　專家認為，這些實驗與理論模擬結果，不僅為已有的單電子非線性湯姆遜散射理論提供了實驗檢驗，也給出了電子束與超強激光束散射的新特征，為將來阿秒高能伽馬射線源研究，及相關天體物理研究，如噴流X射線產生、超新星遺跡、恒星星云等離子體加熱、光核物理等提供了基礎。