Une impulsion laser intense, focalisée dans un gaz, ionise instantanément ce dernier. Le laser se propage donc dans un gaz ionisé, c’est à dire un plasma. Lors de cette propagation, l’impulsion expulse les électrons hors de sa trajectoire et crée une cavité ionique dans son sillage. Cette cavité est associée à des champs électriques longitudinaux de très fortes amplitudes qui peuvent être utilisés pour accélérer des électrons. C’est le principe de l’accélération laser-plasma. En pratique, les champs produits sont trois à quatre ordres de grandeurs plus grands que ceux obtenus dans les accélérateurs conventionnels ; on peut donc accélérer des électrons jusqu’à la dizaine de GeV en seulement 20 cm, alors qu’il faudrait environ 500 m avec un accélérateur classique.
Un outil pour l’étude de l’électrodynamique quantique
Le laser Apollon devrait permettre d’accélérer des électrons dans une gamme d’énergie allant de 1 à 20 GeV. L’obtention des énergies les plus élevées demandera toutefois le développement de nouvelles techniques de guidage. Un atout majeur des accélérateurs laser-plasma est la synchronisation inhérente du faisceau d’électrons avec le laser. En utilisant les deux faisceaux du laser Apollon, on pourra ainsi faire collisionner le faisceau de particules avec une seconde impulsion laser. On s’attend à ce que le champ électrique dans le référentiel des particules soit supérieur à la limite de Schwinger (E > 1.3 1018 V/m), c’est à dire au champ électrique qui permet de séparer des paires électrons-positrons crées à partir des fluctuations du vide. Cela ouvrira la voie à l’étude de plusieurs phénomènes d’électrodynamique quantique