【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與中山大學物理與天文學院合作，提出了一種新的高能渦旋態粒子探測方法，通過一種叫做“Superkick”的奇特散射結果來揭示高能粒子波函數的渦旋相位特性。相關研究成果以 “Unambiguous Detection of High-Energy Vortex States via the Superkick Effect”為題發表在Physical Review Letters。并被PRL選為“Editors’ Suggestions”和“Featured in Physics”。
在產生渦旋粒子后，首要任務便是確認這些粒子是否具備渦旋特性，即對其渦旋特性進行診斷。傳統的診斷方法通常依賴于叉形光柵衍射技術，通過解析衍射圖案來揭示入射粒子的渦旋屬性。然而，當粒子能量提升，其德布羅意波長隨之縮短，傳統的衍射方法不再適用。因此，迫切需要發展新的方案，以突破現有原理的局限，實現對高能渦旋粒子的精準探測。
研究團隊提出了一種基于“Superkick”效應的新型診斷方法。這一方法能夠明確檢測渦旋相位的存在。“Superkick”效應的概念最初由Barnett和Berry于2013年提出，指的是當一個原子被置于渦流光束的軸線附近時，原子所感受到的局域橫向動量遠超渦旋光束實際攜帶的動量。研究團隊運用這一原理，設計了高能渦旋電子診斷的原理驗證方案，將拉蓋-高斯波包渦旋態電子與緊聚焦的高斯波包電子進行非共軸對撞。根據研究團隊的理論計算，兩個電子在散射過程中，將產生一個非零的總橫向動量。該方案不但為量子渦旋態的高能粒子實驗探測指明了清晰的方向，也有望實現 “Superkick”效應的直接驗證。同時，由于散射是一種常見的粒子物理研究手段，因此該方案亦可推廣至更多類型的高能渦旋粒子探測，如高能渦旋光子和質子等。
圖1：實驗原理示意圖
圖2：(a)-(b)不同碰撞參數下末態散射粒子總的橫向動量分布情況。(c)非渦旋情況下末態散射粒子總的橫向動量分布情況
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