Contexte :
Les accélérateurs existants (linacs, synchrotrons, cyclotrons) appliquent des potentiels RF générés de manière externe pour accélérer et regrouper les particules chargées. Pour atteindre les énergies TeV, ces accélérateurs ont des tailles de kilomètres ou de miles.
Les lasers de haute puissance ouvrent une nouvelle voie vers des accélérateurs compacts, car les champs électromagnétiques moteurs sont auto-générés par le courant de déplacement dans le point focal.
Les schémas d'accélération laser sont basés sur l'accélération de particules dans de forts champs électriques quasistatiques ou sur des champs électromagnétiques rapides générés par l'interaction d'impulsions laser ultra-intenses avec la matière.
Les mécanismes d'interaction impliqués comprennent :
(a) Accélération normale de la gaine cible (TNSA) :dans ce schéma, une impulsion laser de haute intensité est focalisée sur la face avant d'une feuille mince. Au point focal, les électrons sont expulsés perpendiculairement à la surface de la cible, créant un champ électrostatique (gaine) qui accélère les ions provenant de la face arrière de la cible.
(b) Accélération Laser Wakefield (LWFA) :ici, l'impulsion laser se propage à travers un canal plasma ou un jet de gaz. La force pondéromotrice de l’impulsion laser expulse les électrons du centre de la région d’interaction, conduisant à la formation d’un champ de sillage. Les champs électriques dans la structure du sillage peuvent alors accélérer les électrons ou positons traînants.
(c) Accélération de pression de rayonnement (RPA) :dans la RPA, un photon à haute énergie transfère son élan à une particule chargée. Ce schéma peut accélérer les électrons jusqu'à des énergies ultra-élevées en exploitant le processus de Breit-Wheeler, dans lequel un photon gamma se convertit en une paire électron-positon en présence d'un champ électromagnétique puissant.
(d) Accélération du champ de sillage plasma piloté par faisceau :dans ce schéma, un faisceau de particules chargées, tel qu'un faisceau de protons généré à partir d'un accélérateur conventionnel, entraîne un champ de sillage plasma qui peut accélérer d'autres particules chargées.
L'accélération de faisceaux de particules à l'aide de lasers est un domaine de recherche en croissance rapide, avec un potentiel de progrès significatifs dans la physique des particules, les applications médicales et le contexte industriel.
