近日，由中国科学院上海光学精密机械研究所牵头，联合中国工程物理研究院激光聚变研究中心、近代物理研究所、高能物理研究所及中国科学技术大学等单位组成的科研团队，在上海超强超短激光实验装置（SULF）上成功完成了国际首次台式化缪子源的实验验证。这一成果标志着我国在激光驱动粒子加速与新型辐射源研究领域迈出了关键一步。

相关研究成果以“Proof-of-principle demonstration of muon production with an ultrashort high-intensity laser”为题，发表于国际权威期刊《Nature Physics》。

缪子是标准模型中的一种基本粒子，属于第二代轻子，质量约为电子的207倍，因此也被称为“胖电子”。缪子在真空中静止时寿命仅为约2.2微秒，衰变为一个电子和两个中微子。由于其独特的物理性质，缪子在基础物理研究和多个应用领域具有广泛前景。例如，缪子的稀有衰变过程可用于检验标准模型、探索新物理；其极强的穿透能力可应用于火山探测、隧道成像、金字塔结构分析、深海探测等跨介质透射成像；基于缪子的磁共振技术还能用于材料内部微磁场的研究；此外，缪子还可参与缪氢合成，为可控核聚变提供催化手段。

目前，缪子的主要来源包括宇宙射线和大型加速器设施。然而，宇宙射线产生的缪子通量低，难以满足系统性研究需求；而传统加速器则存在建设成本高昂、数量有限等问题，严重限制了缪子科学的发展与普及。

近年来，随着超强超短激光尾场加速技术的迅速发展，利用激光驱动高能电子束与靶材相互作用产生缪子成为可能。美国国防高级研究计划局（DARPA）已于2023年启动缪子研究专项计划MuS2，聚焦国家安全与科学前沿应用；英国、意大利及欧盟极端光物理设施ELI也在规划专用激光缪子束线，显示出该领域的全球竞争态势日益激烈。

本次实验中，研究团队依托上海超强超短激光实验装置（SULF），采用重频拍瓦级激光与气体靶相互作用，获得了GeV量级的高能电子束，并进一步与铅转换靶作用，成功产生了缪子。这是国际上首次在台式化激光装置上实现缪子源的原理验证。

为克服缪子寿命短、信号弱的挑战，研究人员原创性地提出通过多发次累积缪子衰变电子信号的方法，显著提升了统计精度与信噪比。通过对缪子角分布的多探测器测量，团队确认当前缪子主要来源于包含π介子衰变的Photo-/electro-production机制，表现为近似4π立体角发射特性，截面远高于Bethe-Heitler机制。

实验结果表明，缪子产额可达每电子10⁻²缪子（0.01 μ/e⁻），单发激光脉冲产生的缪子数量高达10⁷个。进一步评估显示，基于现有激光技术，有望实现产额达10³/s的高极化缪子束流，完全满足缪子磁共振、核谱学等基础与应用研究的需求。

这项突破性成果不仅为小型实验室开展缪子科学研究提供了全新路径，也为未来缪子源的小型化、实用化奠定了坚实基础。预计未来十年内，激光驱动缪子源将在材料科学、地球物理、文化遗产保护、国家安全等多个领域发挥重要作用。

本项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国科学院青年创新团队项目等多项支持。