基于单次强激光-箔片相互作用产生高密度高极化正电子

我们提出了一种通过强激光与倾斜固体箔片的单次相互作用产生超相对论性高密度高极化正电子的新方法。在我们的方法中，驱动激光电离靶材，发射的电子被加速并随后通过由激光主导的非线性 Compton 散射产生大量 $\gamma$ 光子。这些 $\gamma$ 光子随后通过由强自生准静态磁场 $\mathbf{B}^{\rm S}$ 主导的非线性 Breit-Wheeler 过程产生极化正电子。我们发现将箔片置于适当角度可使 $\mathbf{B}^{\rm S}$ 呈定向排布，从而极化正电子。操控激光偏振方向可控制 $\gamma$ 光子极化与 $\mathbf{B}^{\rm S}$ 之间的夹角，显著提升正电子极化度。我们的自旋分辨量子电动力学粒子网格模拟表明，采用峰值强度约 $10^{23}$ W/cm$^2$ 的激光可获得致密（$\gtrsim$ 10$^{18}$ cm$^{-3}$）、平均极化度约 70\% 且每发产量高于 0.1 nC 的极化正电子。此外，我们的方法在使用当前可用或即将建成的激光装置上是可行的，且对激光与靶参数具有鲁棒性。此类高密度高极化正电子在实验室天体物理、高能物理及超越标准模型的新物理中具有重要意义。