高亮度、高圆偏振度的γ射线是探索粒子物理、核物理、天体物理等领域前沿奥秘的“利器”，同时在材料科学、医学等领域具有重要应用。近日，原子能院核物理研究所(以下简称“物理所”)与西安交通大学物理学院(以下简称“物理学院”)合作，在强激光驱动的γ射线产生研究方面取得重要进展，基于非纵向自旋极化电子束，提出在强非线性康普顿散射条件下产生高亮度、高圆偏振度γ射线的新方案，有望应用于光核物理、材料物理、真空双折射效应观测等实验中。

利用强激光与非纵向自旋极化电子束相互作用产生高亮度、高圆偏振度γ射线示意图及调控机理

该成果以《通过真空二色性辅助的真空双折射效应产生高亮度偏振γ射线》(Generation of High-Brilliance Polarized γ-Rays Via Vacuum Dichroism-Assisted Vacuum Birefringence)为题，在国际综合性权威期刊《先进科学》(Advanced Science，影响因子14.1)上在线发表。论文第一作者为物理所副研究员吕冲，共同通讯作者为物理所客座研究员、物理学院教授栗建兴以及物理学院副教授弯峰。此外，物理所研究员续瑞瑞等也深度参与了项目研究。

此前学界一般认为，在强非线性康普顿散射条件下，γ射线的偏振性质主要取决于入射电子的自旋，需要通过高密度纵向自旋极化电子束产生。然而目前产生这类电子束并维持其加速过程中的极化度，存在巨大挑战。

为解决上述问题，研究团队通过自主开发的数值模拟程序进行仿真模拟，提出将真空二色性辅助增强的真空双折射效应应用于产生高亮度、高圆偏振度γ射线的方案中。基于该方案，不仅能够产生平均圆偏振度达70%以上的高亮度γ射线，同时还发现通过控制两个激光子脉冲的相对偏振方向，真空二色性效应能够像一个“纯化器”显著提升γ射线的圆偏振度，进而大幅提升圆偏振γ射线的产生效率。

该研究工作得到了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金委核技术创新联合基金重点项目、中核集团“菁英人才”、陕西基础科学(数学、物理学)研究院等项目经费支持。