Contrôle et Mesure du mouvement Relativiste de la Matière à l’aide de Lumière Structurée Ultra-Tense
Les lasers femtosecondes peuvent désormais fournir des intensités telles que le champ lumineux induit un mouvement relativiste de paquets d’électrons.
Le but ultime de cette physique à ultra-haute intensité (UHI) est le contrôle du mouvement relativiste de la matière par la lumière, ce qui nécessite une compréhension approfondie de ce régime extrême de l’interaction laser-matière.
Un tel contrôle promet des applications scientifiques et sociétales majeures, en fournissant des accélérateurs de particules ultra-compacts pilotés par laser et des sources de rayons X de l’ordre de l’attoseconde. Jusqu’à présent, les progrès dans le domaine de la physique UHI ont reposé sur la recherche des intensités laser les plus élevées, en focalisant des impulsions laser comprimées de manière optimale jusqu’à leur limite de diffraction.
En revanche, l’objectif du projet ExCoMet est d’établir un nouveau paradigme, en démontrant le potentiel des interactions plasma-laser UHI avec des faisceaux laser structurés sophistiqués, c’est-à-dire des faisceaux laser de haute qualité, dont l’amplitude, la phase ou la polarisation sont façonnées dans l’espace-temps. Sur la base de ce nouveau paradigme, nous montrerons qu’il est possible d’obtenir des informations expérimentales sans précédent sur les interactions laser-matière de l’UHI.
Par exemple, en utilisant un champs laser dont la direction de propagation tourne à l’échelle femtoseconde, nous résoudrons temporellement l’émission synchrotron d’électrons relativistes entraînés par laser dans les plasmas pour obtenir ainsi des informations directes sur leur dynamique.
Nous montrerons également que ces champs laser structurés peuvent être exploités pour introduire une nouvelle physique dans les expériences UHI, et peuvent fournir des degrés de contrôle avancés qui seront essentiels pour les futures sources de lumière et de particules basées sur ces interactions. En utilisant des faisceaux de Laguerre-Gauss, nous étudierons en particulier le transfert du moment angulaire orbital des lasers UHI aux plasmas , et ses conséquences sur la physique et les performances des accélérateurs laser-plasma. Ce projet vise donc à apporter des percées conceptuelles dans la physique UHI, à un moment où des projets majeurs s’appuyant sur cette physique sont lancés, notamment en Europe.