近日，中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中山大學(xué)物理與天文學(xué)院合作，提出了一種新的高能渦旋態(tài)粒子探測方法，通過一種叫做“Superkick”的奇特散射結(jié)果來揭示高能粒子波函數(shù)的渦旋相位特性。相關(guān)研究成果以 “Unambiguous Detection of High-Energy Vortex States via the Superkick Effect”為題發(fā)表在Physical Review Letters。并被PRL選為“Editors’ Suggestions”和“Featured in Physics”。

在產(chǎn)生渦旋粒子后，首要任務(wù)便是確認(rèn)這些粒子是否具備渦旋特性，即對其渦旋特性進(jìn)行診斷。傳統(tǒng)的診斷方法通常依賴于叉形光柵衍射技術(shù)，通過解析衍射圖案來揭示入射粒子的渦旋屬性。然而，當(dāng)粒子能量提升，其德布羅意波長隨之縮短，傳統(tǒng)的衍射方法不再適用。因此，迫切需要發(fā)展新的方案，以突破現(xiàn)有原理的局限，實(shí)現(xiàn)對高能渦旋粒子的精準(zhǔn)探測。

實(shí)驗(yàn)原理示意圖

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于“Superkick”效應(yīng)的新型診斷方法。這一方法能夠明確檢測渦旋相位的存在�！癝uperkick”效應(yīng)的概念最初由Barnett和Berry于2013年提出，指的是當(dāng)一個(gè)原子被置于渦流光束的軸線附近時(shí)，原子所感受到的局域橫向動量遠(yuǎn)超渦旋光束實(shí)際攜帶的動量。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用這一原理，設(shè)計(jì)了高能渦旋電子診斷的原理驗(yàn)證方案，將拉蓋-高斯波包渦旋態(tài)電子與緊聚焦的高斯波包電子進(jìn)行非共軸對撞。根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的理論計(jì)算，兩個(gè)電子在散射過程中，將產(chǎn)生一個(gè)非零的總橫向動量。該方案不但為量子渦旋態(tài)的高能粒子實(shí)驗(yàn)探測指明了清晰的方向，也有望實(shí)現(xiàn) “Superkick”效應(yīng)的直接驗(yàn)證。同時(shí)，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(zhì)子等。

原文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.265001