コリメートしたガンマ線の巨大閃光

高エネルギー電磁放射の明るい光源は、基礎研究、産業、医療で広く利用されている。これが動機となって、エネルギーが最大20 MeVの明るいガンマ線パルスを作り出すコンプトン散乱応用施設が計画され、建設された。今回我々は、十分に密度の高い超相対論的電子ビームとミリメートル厚の導体が相互作用するときに生じる、強く増幅されたシンクロトロン放出に基づく新たな機構を実証している。約3 × 10¹⁹ cm⁻³を超える電子ビーム密度では、電磁気学的な不安定性が生じ、超相対論的電子は、10⁷～10⁸ガウスの自己生成電磁場の中を運動する。その結果、コリメートしたガンマ線パルスが生成される。このパルスのピーク輝度は0.1%帯域幅当たり10²⁵光子 s⁻¹ mrad⁻² mm⁻²を超え、光子エネルギーは200 keVからギガ電子ボルトにおよび、電子から光子へのエネルギー変換効率は最大60％である。今回の成果は、短い（≲ 30fs）コリメートした（ミリラジアン）高フラックス（> 10¹²光子 s⁻¹）ガンマ線パルスの、繰り返し率の高い（キロヘルツ）小型光源への道を開く。