Physique en champ fort

Les impulsions APOLLON ultra-intenses et fortement focalisées vont permettre d’étudier le régie d’interaction laser-plasma ultra-relativiste pour lequel le paramètre classique de non-linéarité a0 = EL/EC va être 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 –  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 moment avec le champ électromagnétique laser. Ce mécanisme, qui est accompagné de l’aborption 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.

Un tel régime sera atteint sur APOLLON et permettra d’étudier :

  • l’émission de photons de forte énergie et sa rétro-action 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,
  • ou l’accélération d’électrons à partir du vide.

Lire

  • Generation of high-energy electron-positron pairs in the collision of a laser-accelerated electron beam with a multipetawatt laser
    M. Lobet, X. Davoine, E. d’Humières and L. Gremillet
    Phys. Rev. AB 20, 043401 (2017)

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