中國科學院上海光學精密機械研究所、中國工程物理研究院、中國科學院近代物理研究所、中國科學院高能物理研究所、中國科學技術大學等單位的聯合科研團隊，依托上海超強超短激光實驗裝置（SULF）開展合作實驗，利用超快激光尾場加速產生的GeV量級高能電子束與轉換靶作用，在國際首次完成了臺式化繆子源的實驗驗證。相關研究近日發表于《自然-物理》。
實驗裝置示意圖及典型電子能譜
繆子是標準模型中組成物質世界的基本粒子之一，屬于第二代輕子，質量為電子的207倍，被稱為“胖電子”，在真空中靜止時的壽命約為2.2微秒，衰變產生一個電子和兩個中微子。
繆子是基礎物理以及應用物理研究的熱門領域，是檢驗標準模型、尋找新物理的探針，同時在大尺度客體的透射照相、跨介質通信與導航，研究材料特性等方面有著重要應用價值。
目前繆子主要來自宇宙射線或者大型加速器，前者通量非常低，后者則受限于極其有限的裝置數量和昂貴的運行成本。隨著激光尾場加速技術的快速發展，利用超短脈沖激光已能將電子加速至10 GeV量級，使得利用這種高能量電子與靶相互作用產生繆子成為可能，為繆子提供了一種全新的產生技術途徑。
研究團隊利用SULF的重頻拍瓦激光與氣體靶相互作用產生了GeV量級高能量電子束，進一步與鉛轉換靶相互作用產生繆子。結合繆子較長壽命的特性，研究團隊提出通過探測其衰變電子并多發次累計的新方法，有效提升了繆子統計量和測量信噪比。系列實驗和分析結果表明，激光尾場加速電子與靶材作用生成的繆子特性，更接近4π立體角發射。研究團隊進而明確了當前激光產生的繆子主要源于含π介子衰變的Photo-/electro-production過程。
研究團隊表示，利用該方法，繆子產生效率可達0.01μ/e-，單發激光繆子產額達107。進一步評估顯示，當前激光技術有望實現產額達103/s的高極化繆子，可滿足繆子磁共振與核譜學研究需求，為小型激光實驗室開展繆子科學研究打開新的大門。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-025-02872-2
本文鏈接：國際首次！中國科學家完成臺式化繆子源的實驗驗證http://m.sq15.cn/show-11-21324-0.html
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