Des flashs ultrabrefs de rayonnement gamma produits par laser intense femtoseconde
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- Publié le mercredi 27 juin 2012 14:32
Cette approche repose sur l’interaction laser-matière au sein d’un plasma produit par un laser intense femtoseconde. Les flashs de lumière X ou gamma produits combinent pour la première fois durée ultrabrève femtoseconde, faible divergence, haute énergie, taille de source micrométrique et brillance élevée. Ce résultat est publié dans la revue Nature Photonics. De telles sources, implantées dans des laboratoires de taille universitaire, ou dans des environnements industriels, seraient des outils puissants pour de nombreuses applications liées à l’étude de la matière.
Pour parvenir à leur fin, les physiciens utilisent un processus physique appelé la diffusion Compton inverse. Dans l’effet Compton, découvert il y aura bientôt cent ans, un photon énergétique perd de l’énergie en la cédant à un électron lors d’une collision. Le processus inverse consiste à faire interagir les photons d’une impulsion laser avec des électrons relativistes. Dans le cas d’une collision frontale, l’énergie des photons du laser peut être considérablement augmentée au point de passer instantanément du domaine spectral visible-infrarouge jusqu’aux rayons gamma. Cette méthode est déjà utilisée dans les accélérateurs conventionnels de particules. Cependant, ces sources, de grande dimension, ne permettent pas d’atteindre des brillances crête élevées. En utilisant une nouvelle méthode, entièrement optique, les chercheurs du LOA ont réussi à produire des flashs de rayonnement gamma plus de 10 000 fois plus brillants que ceux produits par les sources conventionnelles existantes. Simple et efficace, le schéma démontré repose sur l’interaction entre un laser femtoseconde intense et un jet de gaz d’hélium. Lorsque l’impulsion laser se propage dans le gaz, elle crée, dans son sillage, une structure ionisée accélératrice dans laquelle un paquet d’électrons est piégé et accéléré jusqu’à environ 100 mégaélectronvolts en seulement un millimètre. L’impulsion laser, qui précède le paquet d’électrons, est ensuite réfléchie par une fine lame de verre placée à l’arrière du jet de gaz. À son retour, elle entre en collision avec les électrons et un faisceau intense de rayonnement Compton est produit dans la direction de propagation du laser. La caractérisation de ce flash de rayonnement a permis de mettre en évidence son spectre, qui s’étend du domaine X à celui du rayonnement gamma, sa taille de source qui est micrométrique, et sa divergence qui est de l’ordre du degré. Cette première démonstration expérimentale ouvre des perspectives pour le développement d’une nouvelle génération de sources de rayonnement énergétique.
