全光非线性康普顿散射 | Nature Photonics

高强度激光驱动的光-物质相互作用，在揭示中子星和黑洞中的量子电动力学quantum electrodynamics (QED) 过程相关物理学方面，具有巨大的潜力。极端相对论电子束和强激光之间康普顿散射过程，可揭示一种新的相互作用机制，称为强场量子电动力学QED。

近日， 韩国 基础科学研究所（Institute for Basic Science）Mohammad Mirzaie, Calin Ioan Hojbota, Do Yeon Kim，Jae Hee Sung & Chang Hee Nam等，在Nature Photonics上发文，在强激光场中，提出了非线性康普顿散射的实验演示，其中激光加速的多千兆电子伏特电子散射数百个激光光子，并转换为具有数百兆电子伏特能量的单个伽马射线光子。

结合粒子模拟particle-in-cell (PIC)-QED模拟和解析计算，对伽玛射线谱的实验测量证实了康普顿散射发生在强非线性区域，有助于研究非线性Breit–Wheeler对和量子电动力学QED级联。

All-optical nonlinear Compton scattering performed with a multi-petawatt laser.利用多拍瓦激光，实现了全光非线性康普顿散射。

图1: 实验装置。

图2: 康普顿散射的实验证实。

图3: 康普顿散射信号。

图4: 伽马射线能量与电子能量。