レーザー・コンプトン散乱における非線形散乱光のエネルギー・角度分布測定

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高強度レーザーに、相対論的に加速された電子ビームを衝突させてエネルギーを与えることで、レーザー光子をX線として取り出すことができる。その素過程は(線形)コンプトン散乱と呼ばれ、クライン・仁科の式によって表現される。この場合のレーザー強度と生成X線量には比例関係があるが、さらなる高強度レーザーとの散乱では上記の比例関係が崩れ始める。それは、多数のレーザー光子が一つの電子とコヒーレントに相互作用する非線形な素過程か混ざり始めるためで、それを非線形コンプトン散乱と呼んでいる。レーザー・電子衝突によるX線生成は、コンパクトな次世代X線源として注目されているが、その実用化に向けて非線形コンプトン散乱の理解は不可欠と言える。応用の面で特に理解しておきたいのは、非線形散乱光を持つ特徴的なエネルギー・角度分布で、私たちは、それらについての実験研究を続けている。高強度レーザー中で電子の質量が実効的に重く見えるマスシフト効果も非常に興味深い。古典的には電子の蛇行運動によるものであると表現される。レーザー・電子衝突においては電子の進行軸に平行な運動量成分が垂直な成分に移動した結果であり、生成X線のエネルギーが低エネルギー側に推移することで測定される。実験はアメリカ・ブルックヘブン国立研究所にある60MeV電子加速器と0.1TW高強度炭素ガスレーザーをしようして行われた。その結果、非線形散乱光の特徴的な角度分布の測定に成功した。その結果は、平成17年3月に行われた物理学会年次大会において報告された。また、エネルギー・角度の二次元分布測定を目指した検出器の開発も完了し、十分な性能を確認した。今後、二次元分布測定が期待されている。