研究团队首次对线性偏振光子与高能电子束进行45度斜向逆康普顿散射实验，成功完成了出射γ射线能量、强度、偏振角与偏振度的二维空间测量。测量结果首次直观揭示了光束偏振分布特征：中心区域偏振度接近完美且偏振方向严格对齐。该工作直接验证了量子电动力学关于斜向几何中偏振近乎完全转移的理论预言。为未来高亮度、高偏振度的γ射线源提供了依据和新的调制手段。
你在电影院戴过3D眼镜，左右眼呈现出震撼的3D效果。你在夏天戴过偏光太阳镜，当仰望蓝天，缓缓转动镜片时，天空的蓝色会神奇地变暗？——但你是否想过，这些神奇体验背后，其实都隐藏着光的一个秘密特性？它与我们熟知的颜色、亮度无关，而是一种被称为“偏振”的独特禀赋。简单来说，光不仅是一种波，而且它“摇摆”的方向，决定了它能否穿过你的镜片、如何被屏幕控制，甚至如何被蜜蜂用来导航。想象一个简单的场景：如果普通的光像一群毫无章法、朝四面八方挥手的人群，那么偏振光，就像一支训练有素、所有成员整齐划一朝同一方向挥手的方阵。理解光的这种“秩序”，就是打开一扇通往现代光学科技与自然奥秘的大门。光的偏振，作为其最基本的特性之一，被广泛的应用于我们的生活当中，比如3D眼镜呈现的3D电影、手机和卫星的通讯等等。该特性不仅在可见光、微波、X射线中存在，在伽马射线中同样存在。当具备该特性的光与高速电子剧烈相互作用时会发生深刻的改变。理解并控制这一“偏振转移”过程，不仅是检验量子电动力学等基础理论的试金石，也是推动粒子探测、材料分析、核物理等领域先进光源技术发展的核心。
近日，一项关于光与物质相互作用的基础物理研究取得突破性进展。该研究聚焦于“逆康普顿散射”这一关键过程——即低能光子与相对论电子碰撞后“反弹”为高能伽马射线的过程。与以往常见的对头碰撞研究不同，团队创新性地采用了45度斜向碰撞几何，并利用上海同步辐射光源3.5 GeV的高品质电子束与线偏振激光，首次实现了对出射伽马射线的强度、偏振角（AOP）与偏振度（DOP）的全二维精细测量。该实验首次直观地揭示了光子与高能电子碰撞后，其偏振态的完整转移与分布图景。实验获得的“偏振特征”也揭示了清晰的物理图像：在光束中心区域，偏振度接近完美的100%，且偏振方向被“锁定”在特定角度；而向外围扩展，则呈现出复杂、不对称的偏振分布。
该工作直接验证了量子电动力学（QED）在非对头碰撞几何下的关键预言。为发展高偏振度、高亮度的新型伽马射线源开辟了新的技术路径。该突破性验证表明，斜向散射几何是一种产生高偏振度伽马射线的有效方案，为中高能伽马射线源提供了更灵活的设计选择，且可以通过一个带孔径的准直孔实现简单、经济、高效的偏振调制和操控。此外，所发展的二维偏振测量方法学，本身即为极化相关的探测科学提供了好的范式。
相关成果已发表于国际权威学术期刊《国家科学评论》，标题为“First systematic experimental 2D mapping oflinearly polarized γ-ray polarimetric distribution in relativistic Compton scattering”，来自中国科学院上海高等研究院的许杭华、范功涛研究员以及来自复旦大学、上海科技大学和华东师范大学的马余刚院士作为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。