超快正電子源

中科院利用超強超短雷射獲得反物質

記者從中科院上海光學精密機械研究所獲悉，該所強場雷射物理國家重點實驗室利用超強超短雷射，成功產生反物質——超快正電子源，這一發現將在材料的無損探測、雷射驅動正負電子對撞機、癌症診斷等領域具有重大套用價值。3月7日出版的國際學術期刊《電漿物理》發表了這項重要的研究成果。

每一種粒子都有一個與之相對的反粒子，1932年由美國物理學家卡爾·安德森在實驗中證實了電子的反粒子，即正電子的存在。1936年，安德森因發現正電子而獲得了該年度的諾貝爾物理獎。反物質研究在高能物理、宇宙演化等方面具有重要意義，同時也具有重要套用，比如正電子斷層掃描成像（PET）在癌症診斷等方面已廣泛套用。

上海光機所研究人員利用飛秒拍瓦雷射裝置和高壓氣體靶相互作用，產生大量高能電子；高能電子和高Z材料靶相互作用，由韌制輻射機制產生高強度伽馬射線；伽馬射線再和高Z原子核作用產生正負電子對。

“這是我國首次報導利用雷射產生反物質。”強場雷射物理國家重點實驗室沈百飛研究員告訴《中國科學報》記者，正電子譜儀是獲得反物質——超快正電子源的“功臣”。經過精心設計的正電子譜儀，成功解決了伽馬射線帶來的噪聲問題，利用正負電子在磁場中的不同偏轉特性，實驗中在單發條件下就成功觀測到了正電子。

多年以來，中外科學家們一直在探索“利用雷射產生反物質”的有效方法，為了獲得反物質——超快正電子源，中科院上海光機所早在2001年就開始超強超短產生正負電子對的理論研究，提出利用強雷射和納米薄膜靶相互作用產生正負電子對，並取得了一系列研究成果，得到了國際同行的廣泛關注。

沈百飛表示，獲得反物質——超快正電子源將對雷射驅動正負電子對撞機等具有重要意義。未來，在高能物理、材料無損探測、癌症診斷領域有套用前景，由於其脈寬只有飛秒量級，可使探測的時間分辨大大提高，研究物質性質的超快演化。