第一次国际化!中国科学家完成了对缪子源的实验验证

依托上海超强超短激光实验装置，中国科学院上海光学精密机械研究所、中国工程物理研究所、中国科学院现代物理研究所、中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学等单位的联合科研团队(SULF)开展合作实验，在国际上首次完成了台式缪子源的实验验证，利用超快激光尾场加速GeV量级高能电子束和转换靶功能。最近，相关研究发表在《自然-物理》中。

缪子是标准模型中构成物质世界的基本粒子之一。它是第二代轻子，质量是电子的207倍。它被称为“胖电子”。当它在真空中静止时，它的寿命约为2.2微秒。衰变产生一个电子和两个中微子。

缪子是基础物理和应用物理研究的热门领域，是检验标准模型、寻找新物理的探头。同时，它在大型客体的透射照片、跨介质通信和导航、材料特性研究等方面具有重要的应用价值。

目前，缪子主要来自宇宙射线或大型加速器。前者通量很低，后者受限于极其有限的设备数量和昂贵的运行成本。随着激光尾场加速技术的快速发展，电子可以通过使用超短脉冲激光加速到10。使用这种高能电子和靶相互作用产生缪子成为可能的GeV量级，为缪子提供了一种全新的生产技术途径。

研究小组利用SULF的重频瓦激光与气体靶相互作用，产生了GeV量级的高能电子束，进一步与铅转换靶相互作用产生了缪子。研究小组结合缪子长寿的特点，提出了一种新的方法，可以检测其衰变电子并多次积累，从而有效提高缪子的统计和测量信噪比。系列实验和分析结果表明，激光末端加速电子和靶材作用产生的缪子特性接近4π立体发射。研究小组进一步明确表示，目前激光产生的缪子主要来自于包含πPhoto-/介子衰变electro-production过程。

研究小组表示，利用这种方法，缪子的生产效率可以达到0.01μ/e-，单发激光缪子产量达到107。进一步评估显示，目前激光技术有望实现产量达到103/s的高极化缪子，可以满足缪子的磁共振和核谱研究需求，为小型激光实验室的缪子科学研究打开新的大门。