Des scientifiques proposent un système laser révolutionnaire

Une équipe internationale de physiciens a proposé un système de laser révolutionnaire, inspiré de la technologie des télécommunications, et cela dans le but de fabriquer la prochaine génération d’accélérateur de particules, tel que le Grand collisionneur de Hadrons (LHC).

Le consortium ICAN a en effet conçu un nouveau système de laser composé d’un réseau de fibres lasers, à destination de la recherche fondamentale et pour réaliser des tâches appliquées telles que la protonthérapie et la transmutation nucléaire.

Les lasers peuvent délivrer dans un délai très court (femtoseconde), des pulsations d’énergie, à très haute puissance mesurée en petawatt (10 puissance 15).

Les accélérateurs ont également une importance sociétale comme en médecine, avec l’idée de démocratiser la protonthérapie pour le traitement du cancer, ou environnementale avec la possibilité de réduire la durée de vie des déchets nucléaires dangereux, en passant dans certains cas, de 100.000 années à plusieurs dizaines d’années, voire moins.

Cependant, il y a deux obstacles majeurs qui empêchent le laser à haute intensité de devenir une technologie viable et largement utilisable à l’avenir.

Tout d’abord, un laser à haute intensité ne fonctionne souvent qu’à raison d’une pulsation laser par seconde, lorsque pour des applications pratiques, il aurait besoin plusieurs dizaines de milliers de fois par seconde. La seconde raison reste que ce type de laser est connu pour être inefficace énergétiquement, la puissance de sortie correspond seulement à une infime fraction de la puissance d’entrée (< 1%).

Comme les applications concrètes réclament des puissances de sortie de l’ordre de la dizaine de kilowatts à plusieurs mégawatts, il n’est pas économiquement viable d’atteindre cette puissance avec un tel manque d’efficacité.

Pour combler ce fossé technologique, un projet de l’ICAN vise à exploiter des fibres lasers pour produire à haute énergie, des pulsations ultrabrèves intenses. L’objectif est de remplacer le traditionnel amplificateur à simple tige monolithique qui équipe généralement les lasers avec un réseau d’amplificateurs à fibre ainsi que des composants de télécommunication.

"Une application importante a démontré la possibilité d’accélérer des particules à haute énergie sur des distances très courtes, mesurées en centimètres, plutôt qu’en kilomètres comme c’est le cas aujourd’hui avec la technologie conventionnelle. Cette fonctionnalité est d’une importance capitale quand on sait que la physique des hautes énergies est limitée actuellement par la taille prohibitif des accélérateurs, qui réclament plusieurs dizaines de kilomètres, et des milliards d’euros. Réduire drastiquement la taille et le coût reste d’une importance cruciale pour l’avenir de la physique des hautes énergies" a précisé Gérard Mourou, de l’École polytechnique de Paris, en charge du consortium.

** projet soutenu par le consortium ICAN, initié et financé par l’Union Européenne, coordonné par l’École polytechnique de Paris et composé du Centre de recherche en optoélectronique de l’Université de Southampton, Jéna, le CERN, ainsi que 12 autres laboratoires du monde entier.