26/05/2014 - Ils montrent la prédiction du chercheur Carles Serrat sur la façon d'amplifier les rayons X laser à haute intensité.

Menéame

Carles Serrat, enquêteur Groupe de Dynamique non Linéarale, Optique non Linéaire et LYN (DONLL) au Campus de l’UPC à Terrassa, a trouvé il y a quelques mois un moyen d’amplifier l’intensité de lumière laser à rayons X avec la technologie de génération d’harmoniques à haute fréquence (HHG, acronyme anglais de High Harmonic Generation). Depuis plus de 20 ans, la communauté scientifique internationale cherche les moyens d’y parvenir.

Le travail théorique de Serrat, publié dans la revue Physical Review Letters, ouvrait une première porte à tout laboratoire hospitalier, universitaire ou centre de recherche qui puisse disposer à moyen terme des propriétés des rayons X laser à haute intensité pour effectuer toutes sortes d’expériences. À l’heure actuelle, les scientifiques doivent utiliser les accélérateurs linéaires de particules et les synchrotrons pour disposer d’une lumière laser à rayons X à haute intensité, de grandes infrastructures qui ne sont pas accessibles à tous.

Récemment, le groupe de recherche du professeur C. Spielmann, du Helmholtz Institute Jena (Allemagne), a réalisé une expérience qui a démontré, pour la première fois dans le monde, l’amplification paramétrique des impulsions à rayons X de durée d’athtosecondes. Les mesures expérimentales montrent que l’amplification ne se produit que si les impulsions à rayons X sont parfaitement synchronisées avec le pouls infrarouge ultra-intense.

Ceci confirme la prédiction de l’étude de Carles Serrat publiée dans Physical Review. Cette démonstration expérimentale marque une étape très importante dans la production de impulsions à rayons X à haute énergie générées par des lasers compacts, une technologie qui serait accessible à tous les laboratoires de la plupart des centres de recherche et des universités et qui permettrait d’économiser les ressources actuellement utilisées pour accéder aux synchrotrones.

La méthode HHD de production de lumière laser

La lumière laser est une lumière ordonnée qui peut être contrôlée, c’est pourquoi on l’appelle lumière cohérente. Avec la lumière laser, de nombreuses applications sont possibles. La longueur d’onde de la lumière laser à rayons X permet, par exemple, d’interagir avec tous les types de matériaux nanométriques, tels que les matières biologiques, et d’observer et de contrôler l’évolution des électrons dans les atomes et les molécules.

Les accélérations linéaires de particules et les synchrotrons sont de grandes infrastructures auxquelles les scientifiques ont recours pour expérimenter sur les rayons X laser avec l’intensité nécessaire à leurs recherches. Il y a plus de deux décennies, cependant, la communauté scientifique internationale étudie les possibilités offertes par une autre méthode de production de rayons X de lumière laser, appelée High Harmonic Generation (HHG). Cette technologie consiste à faire interagir des impulsions très courtes et très intenses de lumière laser infrarouge avec des gaz. La méthode HHG permet de produire des impulsions de lumière ultraviolette et des rayons X dans n’importe quel laboratoire, mais pas avec l’intensité requise par la plupart des expériences.

Le chercheur Carles Serrat a étudié, pendant près de cinq ans, les possibilités d’amplification de la lumière laser à rayons X à l’aide de la technologie HHG, jusqu'à ce qu’il ait trouvé le système pour résoudre un problème que les physiciens du monde entier tentent de résoudre depuis 20 ans. "L’amplification de l’énergie pour chaque impulsion de lumière laser obtenue avec la méthode que j’ai formulée n’a pas été obtenue jusqu'à présent et est suffisante pour la plupart des applications," explique Serrat.

Le transfert d’énergie est la clé

Le chercheur de l’UPC a découvert que "si les impulsions sont correctement combinées, le rayonnement faible à haute fréquence s’amplifie grâce à l’énergie que la lumière infrarouge transfère aux électrons du gaz. À partir de cet effet, il propose une nouvelle méthode pour la production de lumière ultraviolette et de rayons X, avec une technologie HHG d’une intensité pour chaque pouls suffisante pour des expériences de microscopie, de spectroscopie et de contrôle quantique dans des laboratoires de taille standard.

"Aujourd'hui, il suffit qu’un groupe de recherche ou un centre d’innovation technologique s’encourage à développer un premier prototype," conclut Serrat, qui, par sa proposition, ouvre la porte à des hôpitaux et à tout centre de recherche qui puissent disposer de leurs installations de technologie pour produire de la lumière laser à rayons X poussée à haute intensité, sans avoir à passer par des accélérateurs linéaires coûteux de particules ou des synchrotrones.

Pour plus d’informations

Article de l’expérience des scientifiques allemands qui teste la théorie de Carles Serrat: Parametric amplification of attosecond pulse trains at 11 nm.  J. Êtes-vous, E. Êtres, B. Landgraf, B. Ecker, B. Aurand, A. Hoffmann, G. Winkler, S. Namba, T. Kuehl & C. Spielmann

Article de Carles Serrat: Coherent Extreme Ultraviolet Light Amplification by Strong-Field-Enhanced Forward Scattering

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UPC

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