Des scientifiques génèrent les impulsions laser les plus intenses jamais enregistrées

Une équipe de chercheurs sud-coréens a franchi une étape majeure dans le domaine de la physique, en générant des impulsions laser d’une intensité sans précédent grâce à un dispositif optique avancé.

Un faisceau 50 fois plus fin qu’un cheveu humain

Décrite dans la revue Optica, cette nouvelle avancée est l’œuvre des chercheurs du Center for Relativistic Laser Science (CoReLS), qui tentaient depuis de nombreuses années de dépasser le record établi par le laser Hercules de l’université du Michigan. Alors que ce dernier avait généré des impulsions d’une intensité de 10^22 W/cm², les scientifiques sud-coréens sont récemment parvenus à franchir la barre des 10^23 W/cm², grâce à un laser femtoseconde à ultra-haute puissance de 4 pétawatts et un système optique très complexe pour amplifier et focaliser ce dernier.

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Le dispositif intégrait une série de miroirs déformables, permettant de corriger les distorsions et de produire un laser avec un front d’onde étroitement contrôlé, ainsi qu’un grand miroir parabolique désaxé afin de focaliser le faisceau laser de 28 cm sur une cible mesurant 1,1 micromètre de large, soit moins d’un cinquantième d’un diamètre d’un cheveu humain.

L’équipe a utilisé une caméra et un capteur de front d’onde pour imager et mesurer le faisceau laser réfléchi, dont l’intensité était selon eux comparable à celle de la lumière solaire atteignant la Terre, concentrée sur une surface de 10 microns seulement.

« Ce laser de haute intensité nous permettra d’examiner en laboratoire des phénomènes astrophysiques tels que la diffusion électron-photon et photon-photon », explique Chang Hee Nam, directeur du CoReLS. « Nous pourrons également l’utiliser pour tester expérimentalement et accéder à des idées théoriques, dont certaines ont été proposées pour la première fois il y a près d’un siècle. »

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Différents domaines d’application

Certains de ces concepts concernent l’électrodynamique quantique à champ fort, qui contribuerait aux rayons cosmiques extrêmement énergétiques, tandis que d’autres ont trait à des problèmes plus concrets. Les traitements par radiations contre le cancer impliquant aujourd’hui des protons à haute énergie produits par des accélérateurs nécessitant d’énormes boucliers contre les radiations, l’utilisation de lasers pour produire ces particules subatomiques pourrait rendre ces systèmes moins coûteux, et donc beaucoup plus accessibles.

« En plus de nous aider à mieux comprendre les phénomènes astrophysiques, il pourrait également fournir des informations essentielles au développement de nouveaux dispositifs de radiothérapie pour le traitement du cancer », conclut Nam.