具有极大轨道角动量的 $\gamma$ 光子产生

携带大本征轨道角动量（OAM）的涡旋 $\gamma$ 光子在核物理、原子物理、强子物理、粒子物理和天体物理中具有重大应用，但其产生机制尚不清楚。本工作中，我们研究了圆偏振单色激光与涡旋电子发生非线性康普顿散射产生此类光子的过程。我们利用谐波展开和自旋本征函数发展了激光中超相对论涡旋电子的量子辐射理论，从而得以探究涡旋 $\gamma$ 光子的运动学特征、角动量转移机制和形成条件。电子的多光子吸收使得具有固定极化和能量的涡旋 $\gamma$ 光子以由多个谐波组成的混合态存在。每个谐波代表一个涡旋本征模式，并因涡旋电子的横向动量而出现横向动量展宽。与涡旋电子相关的大拓扑电荷为 $\gamma$ 光子在中等激光强度下携带从数十到数千单位可调的 OAM 量子数提供了可能。具有大 OAM 和横向相干长度的 $\gamma$ 光子可协助影响量子选择定则并提取散射过程中散射振幅的相位。