La dernière décennie a été marquée par une série de découvertes remarquables identifiant la composition de l'univers. Il est entendu que la substance mystérieuse matière noire constitue 85 % de la matière de l'univers. La matière observable dans l'univers est constituée de particules ionisées. Ainsi, une compréhension profonde de la matière ionisée et de son interaction avec la lumière, pourrait conduire à une compréhension plus profonde des relations en jeu qui ont formé l'univers. Alors que la matière ionisée, ou plasma, est relativement facile à générer en laboratoire, l'étudier est extrêmement difficile car les méthodes qui peuvent capturer les états d'ionisation et la densité sont pratiquement inexistantes.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application , une équipe de scientifiques a réussi à observer directement la formation et l'interaction d'un plasma de krypton hautement ionisé à l'aide d'une lumière ultraviolette cohérente femtoseconde et d'un nouveau modèle quadridimensionnel.

Ions krypton ionisés huit fois comme milieu laser

Dans leur travail, les chercheurs utilisent un amplificateur laser-plasma, qui utilise des ions krypton ionisés huit fois comme support laser. Ensuite, ils lancent une impulsion de sonde ultraviolette extrême cohérente dans ce plasma qui capte les signatures des conditions du plasma au fur et à mesure qu'elle se propage à travers la colonne de plasma générée par le laser. Cette impulsion de sonde ultraviolette extrême est ensuite analysée en la diffractant sur une cible nanométrique bien caractérisée. Cette méthode, connue sous le nom d'imagerie par diffraction cohérente, permet de mesurer les propriétés de l'impulsion de sonde transportant des informations sur le plasma avec une très haute résolution. "L'utilisation d'une impulsion de sonde ultraviolette extrême avec une longueur d'onde suffisamment courte pour que le plasma devienne transparent pour interroger le plasma formé est la clé, " explique le Prof. Dr. Michael Zuerch de l'Université de Californie à Berkeley.

Découverte inattendue

"Étonnamment, nous avons trouvé un modèle de modulation spatiale non trivial qui est inattendu dans une géométrie de guide d'ondes. En utilisant une théorie ab initio adaptée modélisant l'interaction plasma-lumière en quatre dimensions à plusieurs échelles, nous pouvons trouver un excellent accord avec nos données expérimentales. Cela nous a permis d'attribuer le signal observé à un comportement fortement non linéaire dans l'interaction laser-plasma générant le plasma de krypton hautement ionisé, " précise Zuerch.

L'approche expérimentale, qui peut être facilement adapté à d'autres scénarios pertinents, valide les modèles ab initio avancés utilisés pour simuler l'interaction laser-plasma et plus généralement la formation de plasma fortement ionisé. Une ramification importante des résultats montre que vous ne pouvez pas créer des plasmas ionisés arbitrairement en utilisant des techniques optiques.

"Le modèle développé permettra de prédire avec précision les conditions réalisables et donne l'espoir que des conditions de plasma très définies peuvent être créées par une mise en forme appropriée du faisceau laser, " déclare le Prof. Dr. Christian Spielmann de l'Université d'Iéna. Zuerch a résumé les perspectives du travail:"Au-delà d'une compréhension plus approfondie des interactions laser-plasma, nos découvertes ont des impacts, par exemple, sur la mise à l'échelle de sources lumineuses à rayons X à base de plasma ou d'expériences de fusion à base de plasma."