L'un des lasers du Extreme Light Laboratory de l'Université du Nebraska-Lincoln, où une expérience récente a accéléré les électrons à près de la vitesse de la lumière. Crédit :Université du Nebraska-Lincoln
Dans une expérience récente à l'Université du Nebraska-Lincoln, les électrons du plasma dans les trajets des impulsions lumineuses laser intenses ont été presque instantanément accélérés à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
Professeur de physique Donald Umstadter, qui a dirigé l'expérience de recherche qui a confirmé la théorie précédente, a déclaré que la nouvelle application pourrait être appelée à juste titre une "fusée optique" en raison de l'énorme quantité de force exercée par la lumière dans l'expérience. Les électrons ont été soumis à une force presque mille milliards de milliards de fois supérieure à celle ressentie par un astronaute lancé dans l'espace.
"Cette application nouvelle et unique de lumière intense peut améliorer les performances des accélérateurs d'électrons compacts, " dit-il. " Mais l'aspect scientifique nouveau et plus général de nos résultats est que l'application de la force de la lumière a entraîné l'accélération directe de la matière. "
La fusée optique est le dernier exemple de la façon dont les forces exercées par la lumière peuvent être utilisées comme outils, dit Umstadter.
La lumière d'intensité normale exerce une force infime chaque fois qu'elle se réfléchit, se disperse ou est absorbé. Une application proposée de cette force est une « voile légère » qui pourrait être utilisée pour propulser des engins spatiaux. Pourtant, parce que la force lumineuse est extrêmement faible dans ce cas, il faudrait l'exercer en continu pendant des années pour que le vaisseau spatial atteigne une vitesse élevée.
Grigori Golovine. Crédit :Université du Nebraska-Lincoln
Un autre type de force apparaît lorsque la lumière a un gradient d'intensité. Une application de cette force lumineuse est une "pince optique" qui est utilisée pour manipuler des objets microscopiques. Encore ici, la force est excessivement faible.
Dans l'expérience du Nebraska, les impulsions laser ont été focalisées dans le plasma. Lorsque les électrons du plasma ont été expulsés des chemins des impulsions lumineuses par leurs forces de gradient, les ondes de plasma ont été entraînées dans le sillage des impulsions, et les électrons ont été autorisés à capter les ondes du champ de sillage, qui a encore accéléré les électrons à l'énergie ultra-relativiste. La nouvelle application de lumière intense permet de contrôler la phase initiale d'accélération du champ de sillage et d'améliorer les performances d'une nouvelle génération d'accélérateurs d'électrons compacts, qui devraient ouvrir la voie à une gamme d'applications qui étaient auparavant peu pratiques en raison de la taille énorme des accélérateurs conventionnels.
Dans la conception de cet artiste de l'expérience du Nebraska, les orbes blancs représentent deux impulsions laser, avec des ondes plasma dans leur sillage. Les ondes interfèrent les unes avec les autres après le croisement des impulsions laser, et les électrons chevauchent les ondes du champ de sillage à une énergie plus élevée. Crédit :Université du Nebraska-Lincoln
La recherche expérimentale a été menée par des étudiants et des scientifiques du Nebraska, avec l'associé de recherche senior Grigoroy Golovin en tant qu'auteur principal de l'article faisant état du nouveau résultat. Le financement a été assuré par la National Science Foundation.
L'expérience était basée sur une modélisation numérique réalisée par des scientifiques de l'Université Jiao Tong de Shanghai en Chine. Umstadter a théoriquement prédit le mécanisme sous-jacent il y a deux décennies. Les résultats ont été publiés en septembre dans la revue Lettres d'examen physique .
