在国家自然科学基金项目（批准号：11874295，11804269，11905169）等资助下，激光与粒子束科学技术研究所栗建兴教授课题组与德国马克斯普朗克核物理所Christoph H. Keitel教授课题组合作在高偏振度高亮度GeV伽马射线制备方法研究方面取得重要进展，提出利用超强超短激光脉冲与相对论电子束的非线性康普顿散射机制产生高偏振度、高亮度、超短GeV伽马射线脉冲新方案。该成果以“Polarized Ultrashort Brilliant Multi-GeV γ Rays via Single-Shot Laser-Electron Interaction”（单束激光与电子相互作用产生偏振超短高亮度数GeV伽马射线）为题，于2020年1月9日在线发表在Physical Review Letters（《物理评论快报》）上。文章链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.124.014801。

特定偏振高能伽马射线在天体物理、高能物理以及核物理等领域具有重要应用价值。目前制备高能偏振伽马射线的方法（主要是线性康普顿散射和韧致辐射）存在束流密度低和受限于材料损伤阈值等问题，一定程度上限制了相关应用发展。近年来，随着超强激光技术的飞速发展，实验上已经产生了峰值光强达到10²²W/cm²量级的超短超强激光脉冲，从而极大地推动了利用非线性康普顿散射产生高亮度、高偏振度、高能超短伽马射线的新机制研究。

西安交通大学栗建兴教授带领的研究团队与国外合作，发展了全新的适用于非线性康普顿散射的自旋分辨的辐射光子偏振的蒙特卡洛计算方法，提出了利用目前实验上可实现的超短超强激光脉冲和自旋极化电子束对撞产生圆偏振和线偏振高亮度伽马射线的新方案。在超强激光电磁场中，由于量子辐射长度远远小于激光波长，辐射光子无法携带入射激光的偏振信息，因此，需要将电子的自旋信息通过非线性康普顿散射传递给辐射光子。这也在物理本质上区别于线性康普顿散射机制。

图1 利用非线性康普顿散射产生圆偏振（Circularly-polarized, CP）和线偏振（Linearly-polarized, LP）伽马射线的示意图。(a) 任意偏振（Arbitrarily-polarized, AP）激光脉冲和纵向自旋极化（Longitudinally spin-polarized, LSP）电子束对撞，可以产生圆偏振伽马射线。（b）椭圆偏振（Elliptically-polarized, EP）激光脉冲可以将横向自旋极化（Transversely spin-polarized, TSP）电子束在激光短轴方向分裂成两部分，并且这两部分可以分别辐射出高偏振度的线偏振伽马射线。

该项研究将为探测真空双折射、研究巨偶极共振中原子核光裂变、诊断介子光产生机制等高能物理实验所需的高通量、高亮度、高偏振度伽马射线提供一种更高效的全光研究手段。