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激光驱动光子对撞机的新方案
北京大学物理学院颜学庆教授和卢海洋研究员领导的课题组提出了激光驱动光子对撞机的新方案,该方案每脉冲可以产生3亿个Breit-Wheeler事件,并且所产生的正负电子对发散角只有7度,具有非常好的准直性。同时,背景噪声可以得到有效抑制,信噪比高达1000:1。研究成果以 “Creation of electron-positron pairs in photon-photon collisions driven by 10-PW laser pulses”为题在线发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。 根据爱因斯坦质能方程和量子电动力学理论,在一定条件下光子(能量)可以转化成物质,这对研究物质的起因有重要的作用。相关的理论研究始于上世纪30年代,直到1997年美国SLAC实验室才首次在实验中观测到多光子碰撞产生正负电子对的过程。然而,对于两个高能光子的互作用过程,也就是常说的光子对撞机,到目前为止还未能在实验中观测到。在光子对撞机中,光子的互作用的次数与光子数目和光子互作用截面成正比,与光子束的脉冲宽度、两束光子束的交叠面积成反比。在过去实验中不能观测到光子的互作用过程是因为已有伽马射线源的流强和亮度还达不到要求。 近年来,随着激光技术的发展,特别是10拍瓦(1拍瓦=1e15瓦)激光器的建成,激光光强将可以达到1e23W/cm3以上。当如此高强度的激光与物质相互作用时,大部分激光能量被吸收并转化成伽马射线辐射源,如果可以有效控制伽马射线的发散角,辐射的伽马射线将会达到前所未有的流强和亮度。 团队研究人员在前期的工作中对产生超高亮度伽马光源进行了深入的研究,首次从理论上系统阐明了微通道结构靶中,纵向电场主导了电子的加速过程,同时电子的横向加速可以得到有效的抑制,因此可以获得高准直性的电子束,当这些电子束在横向场中的相位发生反转时,电子就会在管道边界处产生强伽马辐射。由于电子的发散角决定了伽马辐射的发散角,因此可以获得准直性非常好的γ-ray辐射源。数值模拟中10PW激光所能获得的发散角小于3度,亮度比之前研究报道结果高出两个数量级的伽马辐射源。图1. 激光驱动光子对撞机产生正负电子对的方案设计图2. 本方案可以获得高出之前2-3量级的伽马光源亮度 本工作即基于以上研究成果,将该超高亮度的伽马射线应用于光子对撞机。理论计算结果表明,该方案可以获得超高信噪比(>1000:1),且每一发正负电子对信号(>1e8)远高于现有测量技术的探测极限。因此,通过该方案可以在实验室中验证光子互作用过程中由能量到物质的转换过程,将提供激光驱动光子对撞机研究的新途径,也将极大的促进双光子BW物理的发展。未来有望依据本方案建设基于重频拍瓦飞秒激光的高亮度伽马源及其应用装置。 北京大学物理学院博士后余金清为论文第一作者。颜学庆教授和卢海洋研究员为通讯作者。论文合作者还包括北京大学的陈佳洱院士、马文君研究员,広岛大学的T. Takahashi教授,高能物理所的黄永盛研究员。该研究工作得到国家自然科学基金、科技部重点研发专项、挑战计划和中国博士后科学基金的联合资助。相关模拟工作得到北京大学高性能计算平台的支持。相关文章链接:Phys. Rev. Lett. 122, 014802 (2019) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.014802Appl. Phys. Lett. 112, 204103 (2018) https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5030942
北京大学 2021-04-11
关于激光驱动光子对撞机的新方案
首次从理论上系统阐明了微通道结构靶中,纵向电场主导了电子的加速过程,同时电子的横向加速可以得到有效的抑制,因此可以获得高准直性的电子束,当这些电子束在横向场中的相位发生反转时,电子就会在管道边界处产生强伽马辐射。由于电子的发散角决定了伽马辐射的发散角,因此可以获得准直性非常好的γ-ray辐射源。数值模拟中10PW激光所能获得的发散角小于3度,亮度比之前研究报道结果高出两个数量级的伽马辐射源。图1. 激光驱动光子对撞机产生正负电子对的方案设计图2. 本方案可以获得高出之前2-3量级的伽马光源亮度 本工作即基于以上研究成果,将该超高亮度的伽马射线应用于光子对撞机。理论计算结果表明,该方案可以获得超高信噪比(>1000:1),且每一发正负电子对信号(>1e8)远高于现有测量技术的探测极限。因此,通过该方案可以在实验室中验证光子互作用过程中由能量到物质的转换过程,将提供激光驱动光子对撞机研究的新途径,也将极大的促进双光子BW物理的发展。未来有望依据本方案建设基于重频拍瓦飞秒激光的高亮度伽马源及其应用装置。
北京大学 2021-04-11
激光光压离子加速动态致稳新方案
首次提出利用高Z涂层的电离效应在激光光压加速过程中动态补充电子,弥补RT不稳定性带来的加速等离子体片的电子损失,从而实现动态致稳RPA。这一全新方案非常皮实,三维粒子模拟显示在目前真实的激光和靶参数条件下,此方案可实现稳定的离子光压加速,并且可以应用于加速高Z重离子源。
北京大学 2021-04-11
TESTING研究结果再次在JAMA发表并提出了IgA肾病治疗新方案
北京大学第一医院肾脏内科/北京大学肾脏病研究所张宏教授课题组和北京大学第一医院肾脏内科吕继成教授课题组牵头完成的国际多中心临床试验TESTING研究第二阶段成果5月17日在国际著名医学期刊JAMA杂志在线发表题为“EffectoforalmethylprednisoloneondeclineinkidneyfunctionorkidneyfailureinpatientswithIgAnephropathy:theTESTINGrandomizedclinicaltrial”的文章。
北京大学 2022-07-08
第62届高博会将集中展示智慧校园建设新方案
第62届高博会将于11月15-17日在重庆国际博览中心举办,主题为“职普融通·产教融合·科教融汇”。将设立6个企业展区和4个特色专区,举办50余场学术活动和8场特色活动,预计将吸引来自全国各地的1500余所高校的学科专业负责人、实验室专家、实训指导老师及高校教师参与。
中国高等教育博览会 2024-10-25
强激光驱动电容器靶产生百太瓦孤立阿秒脉冲的新方案
超快光子束流可通过对组成物质的原子、分子和电子等微观粒子进行超高时空分辨率的测量和控制,实现对物质相关的物理、化学和生物医学等宏观过程的理解、应用和控制。时间尺度在10-18秒的阿秒光子束流,能够对电子进行实时探测和控制,为人类认识微观世界提供了全新手段,被认为是激光科学史上最重要的里程碑之一。世界先进国家都将阿秒科学列为未来10年激光科学最重要的发展方向。欧盟极端光学装置ELI(Extreme Light Infrastructure)项目三大装置之一,位于匈牙利的阿秒光脉冲源 (ELI-ALPS)研究中心的首要任务就是为国际科学界用户提供涵盖相干极紫外(XUV)、X 射线和阿秒脉冲的超快光子束流。 利用强激光与物质相互作用产生高次谐波是突破飞秒极限实现高亮度阿秒脉冲辐射的重要方案之一。在强激光与固体密度等离子体的相互作用中,由于两者之间的能量耦合效率较低,谐波辐射以低效率的相对论振荡镜(Relativistic Oscillating Mirror, ROM)机制为主,难以产生高能的孤立纳米电子层进行更高效率的相干同步辐射(Coherent Synchrotron Emission, CSE)。
北京大学 2021-04-11
北京大学余家阔教授团队最新研究成果为半月板部分切除患者提供重建半月板结构和功能新方案
2022年1月,北京大学第三医院运动医学科余家阔教授团队在Medicine,Research&Experimental(医学研究与实验)领域排名第十的ClinicalandTranslationalMedicine期刊发表题为“Studyonfeasibilityofthepartialmeniscalallografttransplantation”的研究成果,该研究对比格犬半月板切除40%后进行同种异体半月板部分移植,并与半月板全切除后的半月板完整移植及正常半月板进行比较。
北京大学 2022-08-26
Ed.上发表论文,提出规模化制备全解水电极新方案
近日,天津大学材料学院金属功能材料研究团队在国际知名化学材料期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为“Alloying-Triggered Phase Engineering of NiFe System via Laser-Assisted Al Incorporation for Full Water Splitting”的研究论文。
天津大学 2023-03-22
切片AP方法
“切片AP方法”是一种分析巡天数据的方法。简言之,科学家在获得星系巡天数据后,需要尝试采用特定的宇宙学参数(如暗能量比例、状态方程w等)才能重构出物质3维分布;当所尝试的参数与真实宇宙的参数有偏差时,重构出的结果就会出现异常,具体表现为“随红移变化的径向-角向不对称性”。“切片AP方法”利用这一现象检验宇宙学理论,认为能做到“随红移演化的不对称性最小”的理论参数是最接近真实的。该方法于2016年应用到SDSS巡天时获得了当时最强的暗能量参数限制。       论文还采用了“非参数化”的统计方法来重构暗能量状态方程w。一般地,人们进行物理量的拟合回归时,都要假定它具有某种特定的形式(如线性、多项式、指数、正弦震荡等),这些先验的假定就给拟合回归带来了模型依赖的局限性。“非参数化”方法是一种克服这种局限性的技术,能得到不依赖具体数学函数模型的一般性结果。将切片AP方法应用于非参数化的暗能量重构,能将z<0.7的低红移区间的暗能量状态方程参数限制提高一倍,并在该区间呈现出微弱的动力学暗能量信号
中山大学 2021-04-13
一种混合酸、脱色方法及果胶提取方法
本发明公开了一种混合酸、脱色方法及果胶提取方法。所述混 合酸包括浓盐酸和碳酸,浓盐酸和碳酸的用量体积比为 1:5 至 3:1,pH 值在 0.5 至 3.0 之间。所述脱色方法是将总果胶提取液湿法上样,通过 使用大孔树脂 AB-8 填料的柱层析进行脱色;控制上柱液温度在 30℃ 至 40℃之间,上柱液 pH 值在 4 至 6之间,上柱液流速在 3BV/h 至 5BV/h 之间。所述果胶提取方法,采用蒸汽爆破处理原料;应用所述混合酸 对原料进行酸提取,得到初提液;使用所述脱色方法脱色后提纯得到 果胶。
华中科技大学 2021-04-14
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