Le rayonnement électromagnétique est omniprésent. Il se présente sous plusieurs formes, y compris les ondes radio, les micro-ondes et les rayons X et gamma à haute énergie. Mais quoi, précisément, est-ce?
Le rayonnement électromagnétique est l'énergie émise par une particule chargée comme un électron lorsqu'elle accélère. Lorsque la particule accélératrice libère cette énergie, il subit une force de recul appelée réaction de rayonnement. Normalement, les forces de réaction du rayonnement sont trop faibles pour être prises en compte, mais ils deviennent significatifs dans les interactions laser-plasma et les contextes astrophysiques, où les champs hautement électromagnétiques et les hautes énergies électroniques entrent en jeu.
Un article publié dans la revue Examen physique X présente des preuves d'une réaction de rayonnement se produisant lorsqu'une impulsion laser de haute intensité entre en collision avec un faisceau d'électrons de haute énergie. Une équipe de scientifiques soutenue par les projets TeX-MEx et SF-QFT financés par l'UE a mené cette expérience à l'aide du laser Astra Gemini appartenant à la Central Laser Facility au Royaume-Uni.
Le laser Astra Gemini à double faisceau génère deux faisceaux laser synchronisés, qui ensemble fournissent un quadrillion (10¹⁵) de watts de puissance. Dans l'expérience, une impulsion laser a été utilisée pour produire un tas d'électrons à haute énergie grâce à un processus connu sous le nom d'accélération laser-champ de sillage, tandis que le deuxième laser était dirigé vers le paquet d'électrons. Lorsque le faisceau d'électrons et l'impulsion laser sont entrés en collision, les électrons oscillaient dans le champ électromagnétique du deuxième laser et diffusaient les photons du faisceau laser, qui ont été détectés sous forme de rayons gamma. La perte d'énergie des électrons a également entraîné une réaction de rayonnement.
La difficulté de réaliser une collision peut être mieux appréciée si l'on considère le fait que les impulsions laser sont plus fines qu'un cheveu humain et, avec chacune une durée de 45 quadrillions de seconde, a dû frapper ce que l'un des scientifiques a décrit comme des "balles d'électrons de la taille d'un micron" voyageant à une vitesse proche de la lumière. Une collision a été considérée comme réussie lorsqu'un rayonnement gamma de haute énergie a été détecté. Compte tenu de ces vitesses et largeurs infinitésimales, ainsi que des facteurs supplémentaires tels que les variations du faisceau d'électrons d'un tir à l'autre et le pointage et la synchronisation laser, il est assez clair pourquoi seul un petit nombre de collisions ont réussi.
Les mesures obtenues ont été utilisées pour comparer des modèles quantiques et classiques de réaction aux rayonnements. Il a été constaté que les modèles classiques avaient tendance à surestimer les forces de réaction de rayonnement et les énergies des rayons gamma par rapport aux modèles quantiques. Il a également été conclu que les données étaient plus cohérentes avec un modèle électromagnétique quantique, mais il n'en restait pas moins que cela ne se produisait que dans un peu plus de 68 % du temps et que d'autres études étaient nécessaires pour évaluer correctement les différents modèles.
Le principal défi de l'équipe du projet à l'avenir est de combiner des intensités laser élevées, la stabilité du faisceau et les hautes énergies des faisceaux simultanément dans les futures expériences afin de recueillir suffisamment de données pour une étude systématique de la réaction quantique aux rayonnements.
