全光学产生高密度、多 GeV、纵向极化的正电子束
加速器物理
2025-10-01 v1 等离子体物理
摘要
产生高产额、纵向极化的正电子束是先进加速器科学中的一项突出挑战。激光驱动方案提供了一种紧凑的替代方案，但通常只能产生横向极化，或者需要预极化的电子束，并且难以将正电子有效加速至高能。在此，我们引入了一种全光学方案，通过将正电子的产生、加速和自旋操控整合在一个统一框架中，从而克服了这些限制。通过超强圆偏振激光脉冲与反向传播的未极化电子束之间的正面碰撞，我们驱动了一个稳健的 QED 级联。级联中的非线性 Breit-Wheeler 过程产生了直接诞生于强激光场中的正电子。关键在于，这些正电子通过直接激光加速机制被瞬间捕获并加速至多 GeV 能量（高达 9 GeV），同时它们的自旋通过场动力学被同步旋转至纵向排列。我们的蒙特卡洛模拟证实了同时实现高正电子产额（20 ）、高平均纵向极化（50\%）以及 GeV 尺度能量。这种在即将建成的超强激光设施上可行的全光学源，为对撞机物理和基础高能实验提供了一种紧凑高效的解决方案。
引用
@article{arxiv.2509.25870,
title = {All-Optical Generation of Dense, Multi-GeV, Longitudinally-Polarized Positron Beams},
author = {Rui-Qi Qin and Peng-Pei Xie and Yan-Fei Li and Xian-Zhang Wu and Zheng-Yang Zuo and Bing-Jun Li and Jun Liu and Liang-Liang Ji and Yu-Tong Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.25870},
year = {2025}
}