高亮度、高圓偏振度的γ射線是探索粒子物理、核物理、天體物理等領域前沿奧秘的“利器”，同時在材料科學、醫學等領域具有重要應用。近日，原子能院核物理研究所(以下簡稱“物理所”)與西安交通大學物理學院(以下簡稱“物理學院”)合作，在強激光驅動的γ射線產生研究方面取得重要進展，基于非縱向自旋極化電子束，提出在強非線性康普頓散射條件下產生高亮度、高圓偏振度γ射線的新方案，有望應用于光核物理、材料物理、真空雙折射效應觀測等實驗中。

利用強激光與非縱向自旋極化電子束相互作用產生高亮度、高圓偏振度γ射線示意圖及調控機理

該成果以《通過真空二色性輔助的真空雙折射效應產生高亮度偏振γ射線》(Generation of High-Brilliance Polarized γ-Rays Via Vacuum Dichroism-Assisted Vacuum Birefringence)為題，在國際綜合性權威期刊《先進科學》(Advanced Science，影響因子14.1)上在線發表。論文第一作者為物理所副研究員呂沖，共同通訊作者為物理所客座研究員、物理學院教授栗建興以及物理學院副教授彎峰。此外，物理所研究員續瑞瑞等也深度參與了項目研究。

此前學界一般認為，在強非線性康普頓散射條件下，γ射線的偏振性質主要取決于入射電子的自旋，需要通過高密度縱向自旋極化電子束產生。然而目前產生這類電子束并維持其加速過程中的極化度，存在巨大挑戰。

為解決上述問題，研究團隊通過自主開發的數值模擬程序進行仿真模擬，提出將真空二色性輔助增強的真空雙折射效應應用于產生高亮度、高圓偏振度γ射線的方案中。基于該方案，不僅能夠產生平均圓偏振度達70%以上的高亮度γ射線，同時還發現通過控制兩個激光子脈沖的相對偏振方向，真空二色性效應能夠像一個“純化器”顯著提升γ射線的圓偏振度，進而大幅提升圓偏振γ射線的產生效率。

該研究工作得到了國家重點研發計劃青年科學家項目、國家自然科學基金委核技術創新聯合基金重點項目、中核集團“菁英人才”、陜西基礎科學(數學、物理學)研究院等項目經費支持。