La compréhension du plasma produit lors de l’interaction d’une impulsion brève et la matière est incontournable pour comprendre les différents mécanismes de transfert d’énergie entre le laser et les particules rapides. Le laser de l’installation Apollon est idéal pour effectuer des expériences à haute intensité où les paramètres lasers seront parfaitement caractérisés.
Ces expériences sont d’autant plus importantes que les modèles permettant de simuler l’interaction à très haut flux n’en sont qu’à leur début. En effet, les modèles fluides habituellement utilisés pour l’interaction nanoseconde ne s’appliquent plus et les modèles particulaires ne peuvent répondre à toutes les questions étant donné que les équations d’états sont difficiles à traiter.
L’étude théorique et expérimentale des plasmas produits par les lasers intenses et énergétiques est un domaine de recherche qui présente de nombreuses applications en astrophysique mais aussi pour les sources de particules et de rayonnements.
Un des intérêts majeurs du laser Apollon sera de fournir des intensités laser extrêmement élevées, telles que les électrons exposés au champ laser se déplacent à des vitesses proches de celle de la lumière. Ainsi, en irradiant des cibles solides avec ces faisceaux, il est possible de créer un miroir en mouvement relativiste– ce que les physiciens essayent d’obtenir depuis des décennies. Ces miroirs présentent trois intérêts majeurs qui constitueront d’importants sujets de recherche pour l’installation Apollon.
Premièrement, les miroirs plasmas sont des modèles idéaux pour étudier la physique des interactions lumière-matière à des intensités extrêmes.
Deuxièmement, en induisant un effet Doppler sur le faisceau laser réfléchi, on peut réduire la longueur d’onde de la lumière (potentiellement jusqu’au domaine des rayons X) et compresser temporellement les impulsions lasers vers des durées plus courtes (jusqu’à quelques attosecondes). Il est ainsi possible d’obtenir une source de lumière aux propriétés uniques pour des applications scientifiques.
Enfin, les miroirs plasmas peuvent être utilisés pour concentrer encore plus fortement l’énergie lumineuse dans le temps et dans l’espace, et ainsi atteindre des intensités lumineuses qui restent actuellement totalement inaccessibles même aux lasers les plus puissants. De telles intensités offriraient une nouvelle voie pour tester l’une des théories les plus fondamentales de la Physique, l’électrodynamique quantique, et en particulier sonder la structure complexe du vide prédite par cette théorie.