Les structures magnétiques résultant d'une instabilité du plasma prédite par le physicien Erich Weibel il y a environ 50 ans ont été mises en évidence à des échelles étonnamment grandes dans un plasma piloté par laser dans la prestigieuse revue Physique de la nature . Cette instabilité devrait également opérer dans des contextes astrophysiques où elle est tenue pour responsable de l'accélération des rayons cosmiques et de l'émission de photons gamma dans les fameux « sursauts gamma ».

Julien Fuchs, diplômé de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) et chercheur au Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (LULI) en France, Professeur INRS Patrizio Antici, spécialiste de l'accélération de particules par laser, et le professeur émérite INRS Henri Pépin ont réussi à mesurer les champs magnétiques produits par les instabilités de Weibel au sein d'un plasma piloté par laser, un gaz ionisé. Leurs résultats ont été publiés le 1er juin dans Physique de la nature .

Les chercheurs ont utilisé la technique de la radiographie protonique pour visualiser ce phénomène extrêmement rapide. "Nos protons accélérés par interaction laser-plasma sont capables de prendre une séquence d'images de phénomènes électromagnétiques très rapides, d'une durée de quelques picosecondes seulement et avec une résolution de quelques microns. Cela nous permet de sonder les instabilités avec une précision inégalée par d'autres techniques d'imagerie, " rapporte Patrizio Antici, qui a fait sa thèse sous la direction du professeur Fuchs, lui-même autrefois sous la direction du professeur Pépin.

Ces trois générations de chercheurs ont recréé en laboratoire un « modèle réduit » de phénomènes astrophysiques en irradiant une cible avec un laser intense. Les fluctuations magnétiques générées par l'interaction peuvent être sondées par des protons sur une série de films sensibles, produire une séquence d'images montrant l'évolution temporelle des structures magnétiques.

L'interprétation et la modélisation de ces structures ont été menées par Laurent Gremillet et Charles Ruyer, physiciens au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Après plusieurs années de travail acharné, combinant modélisation théorique et simulations numériques avancées, ils ont mis en évidence la croissance de deux variantes de l'instabilité de Weibel selon la région du plasma où elles se développent.

Avec des lasers plus puissants, les chercheurs pourront reproduire et analyser des phénomènes astrophysiques encore plus extrêmes avec une résolution inégalée.