We report here a systematic quantitative study on the generation and characteristics of an active muon source driven by the interaction of an electron beam within the energy range of 1–10 GeV from laser wakefield acceleration (LWFA) with a tungsten target, using Monte Carlo simulations. The 10 GeV electron beam, achievable in the near future, from LWFA using femtosecond multi-PW lasers is employed to drive the bright source of muon pairs in a compact setup. We show that a highly directional and intense source of short-pulsed GeV muon pairs (μ−μ+) have a peak brightness of 5 × 1017 pairs s–1cm–2sr–1 and sub-100 ps duration could be produced using a quasi-monoenergetic 10 fs, 10 GeV electron bunch with a 1-mrad divergence and 100 pC charge. The muon pairs are emitted from a point-like source with a well-defined position and timing; the source has a size and geometric emittance of about 1 mm and 40 μm, respectively. Such muon sources can greatly benefit applications in muon radiography as well as studies on anomalous dipole moments, rare decays of muons, neutrino oscillations, and an injector for a future compact muon collider.
ここでは、レーザー航跡場加速（LWFA）による1〜10 GeVのエネルギー範囲の電子ビームとタングステン標的との相互作用によって駆動される、能動ミューオン源の生成と特性に関する系統的な定量研究を、モンテカルロシミュレーションを用いて報告する。フェムト秒マルチPWレーザーを用いたLWFAにより近い将来達成可能な10 GeV電子ビームは、コンパクトな構成で高輝度ミューオンペア源を駆動するために用いられる。準単色の10 fs、10 GeV電子バンチ（1 mradの発散角、100 pCの電荷）を用いることで、ピーク輝度5×10¹⁷ペアs⁻¹cm⁻²sr⁻¹、サブ100 psの持続時間を有する、高指向性かつ高強度の短パルスGeVミューオンペア（μ⁻μ⁺）源が生成可能であることを示す。ミューオンペアは、位置と時間が明確に定義された点状源から放出され、その源のサイズと幾何エミッタンスはそれぞれ約1 mmおよび40 μmである。このようなミューオン源は、ミューオンラジオグラフィーや、異常磁気モーメント、ミューオンの稀崩壊、ニュートリノ振動の研究、さらには将来のコンパクトなミューオンコライダーの入射器として、幅広い応用が期待できる。