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中科院利用超强超短激光成功获得“反物质”

中科院上海光学精密机械研究所利用超强超短激光,成功产生反物质——超快正电子源,这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用价值。

资料图:反物质资料图:反物质

今天,记者从中科院上海光学精密机械研究所获悉,该所强场激光物理国家重点实验室利用超强超短激光,成功产生反物质——超快正电子源,这一发现将在材料的无损探测、激光驱动正负电子对撞机、癌症诊断等领域具有重大应用价值。3月7日出版的国际学术期刊《等离子体物理》发表了这项重要的研究成果。

每一种粒子都有一个与之相对的反粒子,1932年由美国物理学家卡尔·安德森在实验中证实了电子的反粒子,即正电子的存在。1936年,安德森因发现正电子而获得了该年度的诺贝尔物理奖。反物质研究在高能物理、宇宙演化等方面具有重要意义,同时也具有重要应用,比如正电子断层扫描成像(PET)在癌症诊断等方面已广泛应用。

上海光机所研究人员利用飞秒拍瓦激光装置和高压气体靶相互作用,产生大量高能电子;高能电子和高Z材料靶相互作用,由韧制辐射机制产生高强度伽马射线;伽马射线再和高Z原子核作用产生正负电子对。

“这是我国首次报道利用激光产生反物质。”强场激光物理国家重点实验室沈百飞研究员告诉《中国科学报》记者,正电子谱仪是获得反物质——超快正电子源的“功臣”。经过精心设计的正电子谱仪,成功解决了伽马射线带来的噪声问题,利用正负电子在磁场中的不同偏转特性,实验中在单发条件下就成功观测到了正电子。

多年以来,中外科学家们一直在探索“利用激光产生反物质”的有效方法,为了获得反物质——超快正电子源,中科院上海光机所早在2001年就开始超强超短产生正负电子对的理论研究,提出利用强激光和纳米薄膜靶相互作用产生正负电子对,并取得了一系列研究成果,得到了国际同行的广泛关注。

沈百飞表示,获得反物质——超快正电子源将对激光驱动正负电子对撞机等具有重要意义。未来,在高能物理、材料无损探测、癌症诊断领域有应用前景,由于其脉宽只有飞秒量级,可使探测的时间分辨大大提高,研究物质性质的超快演化。

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