国际首次！中国科学家完成台式化缪子源的实验验证
中国科学院上海光学精密机械研究所、中国工程物理研究院、中国科学院近代物理研究所、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，依托上海超强超短激光实验装置（SULF）开展合作实验，利用超快激光尾场加速产生的GeV量级高能电子束与转换靶作用，在国际首次完成了台式化缪子源的实验验证。相关研究近日发表于《自然-物理》。
实验装置示意图及典型电子能谱
缪子是标准模型中组成物质世界的基本粒子之一，属于第二代轻子，质量为电子的207倍，被称为“胖电子”，在真空中静止时的寿命约为2.2微秒，衰变产生一个电子和两个中微子。
缪子是基础物理以及应用物理研究的热门领域，是检验标准模型、寻找新物理的探针，同时在大尺度客体的透射照相、跨介质通信与导航，研究材料特性等方面有着重要应用价值。
目前缪子主要来自宇宙射线或者大型加速器，前者通量非常低，后者则受限于极其有限的装置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，利用超短脉冲激光已能将电子加速至10 GeV量级，使得利用这种高能量电子与靶相互作用产生缪子成为可能，为缪子提供了一种全新的产生技术途径。
研究团队利用SULF的重频拍瓦激光与气体靶相互作用产生了GeV量级高能量电子束，进一步与铅转换靶相互作用产生缪子。结合缪子较长寿命的特性，研究团队提出通过探测其衰变电子并多发次累计的新方法，有效提升了缪子统计量和测量信噪比。系列实验和分析结果表明，激光尾场加速电子与靶材作用生成的缪子特性，更接近4π立体角发射。研究团队进而明确了当前激光产生的缪子主要源于含π介子衰变的Photo-/electro-production过程。
研究团队表示，利用该方法，缪子产生效率可达0.01μ/e-，单发激光缪子产额达107。进一步评估显示，当前激光技术有望实现产额达103/s的高极化缪子，可满足缪子磁共振与核谱学研究需求，为小型激光实验室开展缪子科学研究打开新的大门。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-025-02872-2
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