Inventés dans les années 1930 pour comprendre la structure des noyaux atomiques, les accélérateurs d’ions se sont révélés être de formidables outils technologiques à usages scientifique et sociétal extrêmement variés. Néanmoins, les techniques d’accélération développées au XXème siècle commencent à connaître une saturation de leur potentiel de croissance, comme en témoigne le gigantisme de l’installation du LHC au CERN qui fût nécessaire pour mettre en évidence le boson de Higgs.
Développée depuis plusieurs années, une nouvelle approche exploite des impulsions laser ultra-courtes et ultra-intenses pour accélérer des électrons de forte énergie et entrainer des ions dans leur sillage. Afin d’accroître l’énergie que peuvent atteindre ces ions, une méthode naturelle est d’augmenter l’intensité des lasers et donc celle des champs électriques associés. C’est ainsi qu’un nouveau seuil va être franchi par la mise en service du laser Apollon coordonné par le laboratoire LULI (UMR de l’École polytechnique, du CNRS et du CEA) et qui, avec une puissance inédite de 10 PetaWatt, deviendra de fait le laser le plus puissant au monde.
Alors qu’en 2018 Apollon pourra déjà proposer une ligne d’expérience à 1PW, une étude de Nakatsutsumi et al., coordonnée par une équipe du laboratoire LULI et publiée dans Nature communications, s’est intéressée aux régimes physiques qui seront à l’œuvre sur cette nouvelle installation. Ceci a été possible grâce à la mise en œuvre d’une optique originale qui a permis, sur des installations existantes et moins puissantes, de s’approcher de ce que l’installation Apollon pourra atteindre.
Grâce à ces intensités très hautes qui n’avaient pu être atteintes jusqu’à présent, un subtil couplage de champs électriques et magnétiques a été mis en évidence. Il révèle ainsi que la caractéristique de fonctionnement d’Apollon devrait être favorable à l’accélération d’ions à forte énergie, ce qui valide a posteriori les choix technologiques faits pour ce laser. L’étude valide également l’optique permettant la focalisation extrêmement acérée du laser qui a permis d’atteindre des intensités record. Ces résultats numériques et expérimentaux ouvrent ainsi la voie à la production d’intensités encore plus élevées que ce qui avait été imaginé lors de la conception de l’installation Apollon, et donc à un élargissement de son potentiel de découverte qui sera très prochainement testé.
