汤姆逊散射研究获突破

(记者黄鑫)上海交通大学特聘研究员陈敏等与内布拉斯加州林肯大学的研究人员合作，最近在高阶全光非线性汤姆逊散射的实验和理论研究方面取得了重要突破。首次在实验中观察到单个电子同时有多达500个光子的汤姆逊散射，导致能量超过20兆电子伏的伽马光子辐射。相关研究发表在《自然光子学》在线版上。

光子和电子的弹性散射称为汤姆逊散射，是经典电动力学中的一个基本问题。直到最近超短超强激光技术和激光尾迹加速的迅速发展，才有可能在实验室中研究高阶多光子非线性汤姆逊散射。

据介绍，研究人员在实验中加速了一个激光尾波，然后电子束与另一个高强度激光束在飞秒和微米级时空尺度上同步碰撞，产生了高阶非线性汤姆逊散射。研究人员通过数值模拟研究了电子束光斑和激光强度分布的影响，并通过实验成功地解释了远场辐射的钻石分布。理论模拟再现了测量的光谱并给出了临界辐射频率。数据显示，单个电子和500个红外光子同时发生散射，这几乎比现有的非线性汤姆逊散射实验高两个数量级。理论模拟研究表明，在实际过程中，多达1300个光子和电子可能同时被散射。

专家认为，这些实验和理论模拟结果不仅为现有的单电子非线性汤姆逊散射理论提供了实验验证，而且给出了电子束和超强激光束散射的新特性，为阿秒高能γ射线源的未来研究和相关的天体物理学研究，如射流x射线产生、超新星遗迹、恒星星云等离子体加热、光核物理等提供了基础。

《中国科学新闻》(第一版集锦，2017年7月5日)