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Todd Ditmire devant une installation laser. © Université du Texas
A Austin, au Texas, l'équipe du Texas Center for High-Intensity LaserLaser Science vient d'utiliser pour la première fois le laser pétawatt, en constructionconstruction depuis trois ans. Sa puissance, expliquent les chercheurs, est de « deux mille fois celle des centrales énergétiques des Etats-Unis ». De telles valeurs sont bien difficiles à se représenter, d'autant que différentes équipes dans le monde annoncent des chiffres du même ordre et annoncent en général détenir un record...
Comme tous les lasers de cette puissance, le laser texan n'émet que des impulsions extrêmement brèves, qui se mesurent en femtosecondesfemtosecondes, une femtoseconde représentant 10-15 seconde. La puissance initiale des faisceaux laser est concentrée durant ce temps très court par la technique de l'amplification par dérive de fréquence, en anglais Chirped Pulse Amplification ou PCA. L'énergieénergie est telle que le faisceau résultant doit se propager dans le vide avant de toucher la cible, sous peine de provoquer une explosion prématurée due aux chocs sur les moléculesmolécules de l'airair ambiant...
Au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL, Californie), un tel instrument a déjà atteint le pétawatt, soit 1015 wattswatts, par centimètre carré. Au mois de février 2008, l'université de Ann Arbor (Michigan) annonçait une puissance phénoménale de 1022 watts par centimètre carré grâce au laser saphir-titanium Hercules (Center for Ultrafast Optical Science).
Au cœur du laser pétawatt... © Texas Center for High-Intensity Laser Science
Une supernova au labo ?
A l'université du Texas, le laser n'a atteint, comme son l'indique, que le pétawatt par centimètre carré. La valeur peut sembler faible en comparaison mais elle est tout de même énorme... Les impulsions texanes sont longues : elles se prolongent sur une centaine de femtosecondes contre une trentaine pour Hercules.
Les applicationsapplications de ces lasers sont assez nombreuses et concernent la physiquephysique des plasmas et la fusion nucléairefusion nucléaire. Todd Ditmire, un des physiciensphysiciens à l'origine de projet, explique que les premières expériences concerneront l'astrophysiqueastrophysique. En pointant le faisceau sur un volumevolume de gazgaz, il serait possible de reproduire les phénomènes à l'œuvre dans une supernovasupernova. Figure aussi au programme la fusion de noyaux de deutérium, une réaction semblable à celles qui se déroulent dans les étoilesétoiles (et que l'on espère maîtriser un jour dans d'hypothétiques réacteurs à fusion nucléaire).
Enfin, en concentrant le faisceau sur un métalmétal, comme l'aluminiumaluminium, on peut obtenir un échauffement si rapide que le métal n'a pas le temps de se dilater et on obtient une structure analogue à celle des naines brunesnaines brunes, sortes d'étoiles avortées assez mal connues.
