Des physiciens du Royaume-Uni ont annoncé une avancée majeure en science des lasers, révèle The Debrief. Cette découverte ouvre une voie concrète pour atteindre des intensités de lumière extrêmes inédites. Ces nouvelles méthodes pourraient permettre de concevoir des lasers beaucoup plus puissants, capables de transformer en profondeur la recherche fondamentale, l’énergie de fusion et certains systèmes d’armes à énergie dirigée.
Sous la direction des professeurs Peter Norreys et Brendan Dromey, avec les chercheurs Robin Timmis et Mark Yeung, l’équipe a mené ses expériences au Central Laser Facility britannique, en utilisant le laser Gemini. L’objectif: trouver un moyen pratique d’augmenter spectaculairement la puissance des lasers existants, sans devoir construire à chaque fois des machines toujours plus gigantesques. Pour cela, ils ont combiné théorie, simulations et expériences, dans un projet à la croisée de la technologie laser, de la physique des plasmas et de la science des matériaux ultrarapides.
Le principe de départ consiste à utiliser un nuage de plasma comme un «miroir en mouvement». Les chercheurs ont concentré une impulsion laser très intense sur un ensemble de particules chargées, formant ce plasma dans une chambre à vide. À ces énergies, ce miroir de plasma se comporte comme s’il se ruait vers la source de lumière à une vitesse proche de celle de la lumière. Au lieu de se disperser, le faisceau réfléchi est comprimé, son énergie s’accumule, amplifiée par les effets de la relativité d’Einstein.
Ce phénomène, connu sous le nom de génération des harmoniques relativistes, permet déjà de transformer un laser puissant en une source de lumière encore plus énergétique, notamment dans l’ultraviolet extrême. Sur les images de la caméra sensible aux UV, chaque harmonique du faisceau apparaît comme un rai de lumière distinct, signe que le laser‑plasma produit un spectre de fréquences très riche et ordonné. L’équipe ne s’est pas arrêtée là, démontrant également qu’il était possible de concentrer encore davantage cette lumière compressée grâce à un nouveau concept baptisé coherent harmonic focus (CHF).
Une révolution dans l’énergie et l’armement
Le CHF peut se comparer à une loupe concentrant les rayons du soleil en un point minuscule capable d’enflammer du papier (ou une fourmi si vous êtes un monstre), sauf qu’ici, ce sont de multiples longueurs d’onde laser qui sont focalisées dans une région extrêmement réduite. Cette convergence des harmoniques engendre une densité d’énergie sans précédent, au point que les simulations la décrivent comme l’une des sources de lumière cohérente les plus intenses jamais produites. Selon le Dr Timmis, ce n’est que le début, et son équipe espère encore intensifier ce laser.
Ces intensités extrêmes ouvrent une fenêtre sur des domaines de la physique jusqu’ici difficiles d’accès. Elles pourraient servir à tester directement l’électrodynamique quantique, qui décrit la manière dont lumière et matière interagissent jusque dans le vide quantique. Jusqu’à présent, de tels tests exigeaient de faire entrer en collision des faisceaux de particules à très haute énergie avec des lasers puissants, puis d’analyser le résultat à travers plusieurs référentiels, comme si l’on essayait de comprendre un accident de voiture en changeant sans cesse de caméra.
Avec cette nouvelle approche, tout se passe à l’intérieur même du système laser‑plasma: les physiciens peuvent donc observer les effets directement, sans conversions de référentiel compliquées, ce qui devrait rendre les expériences plus simples à interpréter. Par ailleurs, ces champs de lumière extrême pourraient avoir des retombées plus appliquées: améliorer les lasers d’allumage pour la fusion nucléaire, ou encore augmenter la portée et la puissance de certains systèmes de défense antimissile à énergie dirigée.
Pour le professeur Norreys, ce résultat est aussi la démonstration de la maîtrise expérimentale acquise par le Dr Timmis, qui a su réunir les conditions précises nécessaires pour résoudre une énigme qui résistait aux chercheurs depuis des décennies. Son collègue le professeur Dromey souligne, lui, que ce succès est le fruit d’un mélange finement ajusté de technologies laser de pointe, de physique des plasmas et de science des matériaux ultrarapides, qui a enfin permis de combler un fossé persistant entre la théorie et l’expérience. Les détails de cette avancée sont présentés dans une étude publiée dans la revue Nature.
Source:
www.slate.fr