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Les recherches révèlent les avantages des laser puissant

laser puissant
Les principaux centres de recherche du monde entier construisent actuellement des unités laser super puissantes. Plusieurs projets laser encore plus ambitieux sont également en cours de recherche. Quel est le but de ces énormes lasers? Si elles sont mises en œuvre, quelles innovations en physique ces grands lasers expérimentaux pourront-ils débloquer?

Au milieu des années 1950, les scientifiques soviétiques ont développé les premières sources de rayonnement cohérent, et la communauté universitaire a immédiatement pris conscience de leur importance pour la physique fondamentale et la technologie.

Contrairement aux laboratoires stationnaires, les lasers de première génération pourraient générer des champs électromagnétiques extrêmement puissants. Bien sûr, certains phénomènes naturels, principalement des processus cosmiques, génèrent un rayonnement électromagnétique d'une intensité comparable et même supérieure, mais il était impossible d'utiliser le rayonnement pour des expériences en laboratoire. Les physiciens ont donc vu les premières unités laser rudimentaires et faibles comme un nouvel outil de recherche très prometteur.

Dans les années 1960 et 1970, les scientifiques ont proposé de nombreux projets pour des unités laser en physique fondamentale. Les projets les plus célèbres comprenaient la synthèse thermonucléaire laser et la création d'antimatière à partir du vide en utilisant un puissant champ laser. Cependant, ces projets nécessitaient des faisceaux laser extrêmement puissants qui semblaient inaccessibles à l'époque.

Depuis lors, la technologie et l'équipement laser ont continué à se développer, les scientifiques cherchant à générer des impulsions laser super puissantes et à améliorer la qualité des faisceaux laser. Les spécifications des unités laser, y compris le coût et la taille, se sont considérablement améliorées pour chaque watt de puissance générée. Ainsi, les lasers sont devenus moins exclusifs et ont été transformés en unités commerciales relativement peu coûteuses.

Ils ont prouvé leur valeur avec la chirurgie et le diagnostic au laser, le soudage et la découpe au laser, la métrologie, la chimie laser et les projets de défense. Ces unités laser peuvent être utilisées dans les domaines les plus divers.

Les lasers peuvent également être trouvés dans presque tous les laboratoires de physique.

Localiser les ressources naturelles et étudier l'espace lointain

Aujourd'hui, les lasers sont utilisés pour mesurer les distances microscopiques et les intervalles de temps avec une extrême précision. En 2015, cela a permis de «capturer» des ondes de gravitation et d'accomplir l'une des tâches les plus difficiles de la physique fondamentale pour la première fois en près de 100 ans. En 2017, les recherches de cette découverte ont reçu le prix Nobel de physique.

Les horloges au laser servent à la recherche fondamentale. Une théorie suggère que les constantes fondamentales, y compris la constante et la masse et la charge d'un électron, ont tendance à changer dans un Univers en expansion. Les horloges laser super-stables aideront à prouver cette théorie. Des mesures de temps super-longues ou de haute précision sont nécessaires pour accomplir cette tâche.

La plupart des expériences de physique laser nécessitent des faisceaux laser très puissant et intensifs. Les faisceaux laser de classe Terawatt et Petawatt sont les meilleurs outils pour la compression non explosive de substances.

Chaleur et substances de capture

Les faisceaux laser peuvent comprimer des substances et les chauffer jusqu'à des centaines de millions de degrés. Cela peut déclencher une réaction de synthèse thermonucléaire contrôlée.

Deux noyaux légers doivent fusionner pour obtenir un noyau lourd, ce qui déclenche la synthèse thermonucléaire. Pour ce faire, il est nécessaire de surmonter la barrière de Coulomb lorsque les noyaux chargés positivement sont repoussés. Mais cette barrière peut être éliminée en augmentant l'énergie cinétique des noyaux. Cette énergie doit être supérieure à 100 millions de degrés Celsius, et ces températures ne sont atteintes qu'à l'intérieur des étoiles. C'est un obstacle académique et technique majeur. Les physiciens essaient de dépasser cela avec deux méthodes.

La première méthode consiste à chauffer et piéger le plasma à l'intérieur d'un réacteur TOKAMAK (chambre toroïdale avec bobines magnétiques). Selon la deuxième méthode, une unité laser d'une énergie supérieure à un méga-joule émettrait une impulsion de plusieurs nanosecondes. Cette énergie pénétrerait plusieurs millimètres cube de combustible hydrogène-isotope (deutérium / tritium), en le comprimant et en le chauffant à la température nécessaire pour lancer la synthèse thermonucléaire. Le carburant brûlerait complètement et générerait de l'énergie sous forme de quantum gamma et de particules alpha.

Quand les lois physiques cessent de fonctionner

Comme les accélérateurs de particules linéaires, les synchrotrons et les cyclotrons, les lasers peuvent accélérer les particules chargées. Pour ce faire, les impulsions laser de haute intensité, courtes et concentrées doivent générer plus d'énergie.

Les avantages de l'accélération de particules chargées par des faisceaux laser comprennent une opportunité d'accélérer simultanément les électrons et les ions. Les accélérateurs laser deviennent plus petits et moins chers, ce qui permet d'atteindre des niveaux d'accélération record et d'influencer les plasmoides denses.

Des unités laser fournissant un tel rayonnement à haute intensité apparaîtront dans un avenir prévisible, c'est-à-dire dans 10 à 20 ans. De telles unités laser à haute intensité permettront de créer des plasmoides électron-positon-photon sous vide. Aujourd'hui, les scientifiques étudient le comportement des substances et des vides dans des conditions de rayonnement laser à haute intensité.

Il sera possible d'observer certains phénomènes liés à l'influence des forces de rayonnement-frottement, y compris un nouveau mécanisme d'accélération de protons, qui a été prédit par les physiciens théoriciens dans un proche avenir. Cela nécessite des champs laser d'une intensité de 1023-1024 watts par centimètre carré. Jusqu'à présent, il n'est pas possible de générer de tels champs laser très intensifs, mais ils peuvent être obtenus en utilisant de nouvelles unités laser en cours de développement en République tchèque, en France, en Chine et dans d'autres pays. Ces unités, qui génèreront de 10 à 20 fois plus d'énergie, commenceront à fonctionner dans quelques années.

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