Gamma Factory：面向 CERN HL-LHC 与 FCC-ee 过渡的新型实验范式

Gamma Factory (GF) 提案 \cite{Krasny:2015ffb} 由此所认识到的 CERN 加速器综合体中大量未被充分利用的潜能所驱动，旨在开启粒子、核子、原子、基础及应用物理学交叉领域的新研究计划。核心概念是产生、加速、冷却并储存高度洛伦兹偏振部分剥离离子束，这类离子束可作为有效的原子阱。这些离子的内部自由度随后通过激光子进行共振激发。在 GF 方案中，激光冷却的原子束既作为高精度探针，也作为低散射度束源用于离子-离子碰撞模式下的高亮度 LHC 操作。储存于 Fabry--Perot 腔内的激光脉冲与循环离子束相互作用，产生高能、高度准直且偏振的次级伽马射线。预计这些射线的强度将超过现有伽马射线源的数个数量级。这些射线可进一步用于生成前所未有的强度、偏振的电子、正电子、μ子、中子、放射性离子以及带标签的味或 CP 标记的 ν 子束。此外，在特定配置下，相同的射线驱动过程亦可用于能源生产，为 LHC 操作提供所需的插电功率。综上，冷洛伦兹原子束、强度高的伽马射线束以及次级束构成一个多功能的实验平台，能够开启 CERN 范围内广泛的新科学机遇。通过利用现有的加速器基础设施和先进激光技术，GF 提供了一条高性价比、及时可实现的创新计划之路，能够持续推动实验创新，弥合 HL-LHC 纪元与未来 FCC 纪元之间的鸿沟。