汤姆逊散射研究获突破

上海交通大学特别研究员陈民等与美国内布拉斯加林肯大学研究人员合作，日前在高阶全光非线性汤姆逊散射的实验和理论研究中获重要突破，首次实验观察到高达500个光子同时与单电子的汤姆逊散射现象，得到能量超过20 MeV的伽马光子辐射。相关研究在线发表于《自然—光子学》。

光子与电子的弹性散射被称为汤姆逊散射，是经典电动力学的一个基础问题。直到最近超短超强激光技术及激光尾波加速的快速发展，实验室研究高阶多光子非线性汤姆逊散射才成为可能。

据介绍，研究人员在实验中对一束激光尾波加速，而后该电子束与另一高强度激光束在飞秒及微米级时空尺度内实现同步对撞，发生高阶非线性汤姆逊散射。研究者通过数值模拟研究了电子束斑及激光强度分布效应，成功解释了实验测得的远场辐射菱形分布；理论模拟再现了测量频谱，给出了临界辐射频率。该数据表明，发生了单个电子与500个红外光子的同时散射，比已有的非线性汤姆逊散射实验几乎高出两个数量级；理论模拟研究表明，实际过程可能发生了高达1300个光子与电子的同时散射。

专家认为，这些实验与理论模拟结果，不仅为已有的单电子非线性汤姆逊散射理论提供了实验检验，也给出了电子束与超强激光束散射的新特征，为将来阿秒高能伽马射线源研究，及相关天体物理研究，如喷流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。