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Hercules : le laser le plus puissant du monde !

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Schéma de l'amplification par dérive de fréquence. Crédit : Bian Laks

Cela ressemble à de la science-fiction mais ce n'en est pas. Des chercheurs de l'Université de Ann Arbor, dans le Michigan, et de l'école Polytechnique, viennent d'atteindre avec un laser une puissance équivalente à celle de l'énergie du Soleil reçue par la Terre...

Prenez 300 fois la puissance électrique produite par les Etats-Unis et concentrez-la avec un faisceau laser sur un grain de sable, c'est la performance que vient d'atteindre une équipe de chercheurs internationaux : un record mondial. Cela semble impossible mais, en réalité, la quantité d'énergie mise en jeu est faible. En revanche, ce qui ne l'est pas, c'est la brièveté de l'impulsion laser mise en jeu : 30 femtosecondes !

Avec une durée presque aussi courte qu'un millionième de milliardième de seconde, pas étonnant qu'on puisse atteindre des puissances aussi gigantesques. Rappelons que la puissance se définit comme une énergie par unité de temps. On peut donc disposer d'une puissance supérieure à celle d'un pays avec une petite source d'énergie, pourvu que cela ne dure que très peu de temps.

En l'occurrence, les chiffres associés aux faisceaux laser produits par le laser saphir-titanium Hercules du Center for Ultrafast Optical Science sont vraiment impressionnants : vingt mille milliards de milliards de watts par centimètre carré !

Pour atteindre un tel résultat, les chercheurs font appel à l'amplification par dérive de fréquence, en anglais Chirped Pulse Amplification ou PCA. C'est une technique importante en optique ultra-rapide découverte au milieu des années 1980 par le Français Gérard Mourou.


Cliquez pour agrandir. Le laser Hercules. Crédit: Anatoly Maksimchuk

Les applications de tels lasers sont multiples. Il y a d'abord de la physique fondamentale. On n'est pas loin, en effet, de la limite de Schwinger, lorsque les champs électriques sont suffisamment forts pour produire des paires de particules en faisant « bouillir le vide ». Le processus est d'ailleurs bien connu dans le cadre de l'effet Hawking, dans lequel ce n'est pas l'intensité du champ électrique mais celle du champ de gravitation à la surface d'un trou noir qui produit cette création de paires.

On pense aussi à de nouvelles techniques de pré-accélérations de protons et d'électrons, basées sur la PCA, pour une prochaine génération d’accélérateurs de particules qui pourraient ainsi devenir plus petits, moins coûteux mais aussi plus puissants. Bien évidemment, ce genre de laser intéresse aussi ceux qui cherchent à faire de la fusion contrôlée par confinement inertiel.

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