Physique en champ fort

Les impulsions Apollon ultra-intenses et fortement focalisées permettent d’étudier le régime d’interaction laser-plasma ultra-relativiste pour lequel le paramètre classique de non-linéarité a0 = EL/EC est très supérieur à 1 (EL étant l’amplitude du champ électrique laser et EC = me c ω0/e le champ Compton au-dessus duquel un électron atteint une énergie relativiste en moins d’un cycle optique où e et me sont respectivement la charge et la masse de l’électron, c la vitesse de la lumière et ω0 la fréquence laser).

Dans ce régime, les électrons sont brusquement et fortement accélérés et/ou décélérés ; ils rayonnent alors une part significative de leur énergie, d’où une émission de photons γ et un échange de moments avec le champ électromagnétique laser. Ce mécanisme, qui est accompagné de l’absorption et/ou de la diffusion de nombreux photons laser, s’appelle la diffusion Compton ou Thomson non-linéaire (selon la prise en compte ou non des effets quantiques).

L’importance des effets purement quantiques sur un électron est contrôlé par le paramètre quantique de non-linéarité χ0=(ε/c-p//)/(mc)EL/ES, qui dépend à la fois de l’énergie de l’électron ε, de son moment longitudinal p// et de l’amplitude du champ laser. Pour χ0~1, les effets quantiques purs, tels que le recul électronique, due à l’émission de photons particulièrement énergétiques, ou la production de paires (électron-positron), commencent à entrer en jeu.

Grâce à l’ultra-haute intensité délivrée par l’ IR Apollon, la communauté scientifique pourra étudier  par exemple :

· L’émission de photons de forte énergie et sa rétroaction en interaction laser-plasma ;
· La diffusion Compton / Thomson non-linéaire à partir de faisceaux d’électrons accélérés par laser ;
· La production de paires en présence de forts champs Coulombiens ;
· L’accélération d’électrons à partir du vide.