Une installation nouvellement construite de l’Université du Michigan qui abritera le laser le plus puissant des États-Unis accueille sa première expérience cette semaine alors que le pays cherche à redevenir compétitif dans le domaine des installations laser à haute puissance.
L’expérience sera menée au ZEUS – abréviation de Zettawatt-Equivalent Ultrashort Pulse Laser System – par des chercheurs de l’Université de Californie à Irvine. Ils se sont rendus à Ann Arbor dans le cadre de leur étude des interactions extrêmement intenses de la lumière et de la matière, et de la manière dont ces interactions peuvent être exploitées pour rétrécir les accélérateurs de particules.
Au sommet de sa puissance, ZEUS sera un laser de 3 pétawatts.
Trois pétawatts, c’est « 3 suivis de 15 zéros », a déclaré Louise Willingale, professeure agrégée de génie électrique et d’informatique au Michigan.
Et « 3 pétawatts, c’est 3 000 fois plus puissant que le réseau électrique américain », a-t-elle déclaré.
Le Michigan a reçu 18,5 millions de dollars de la National Science Foundation pour établir ZEUS en tant qu’installation internationale financée par le gouvernement fédéral.
Initialement, l’installation, située dans un bâtiment qui abrite le Centre Gérard Mourou pour la science optique ultrarapide de l’UM, accueillera des équipes de recherche menant des expériences qui utilisent une fraction du potentiel de pleine puissance du laser. Le système s’intensifiera progressivement et ZEUS devrait commencer ses expériences de signature à l’automne 2023.
Les États-Unis ont construit le premier laser pétawatt au monde il y a un quart de siècle, mais n’ont pas suivi le rythme des systèmes plus ambitieux en Europe et en Asie. Bien que ZEUS ne dispose pas de la même puissance brute que ses contemporains à l’étranger, son approche simulera un laser environ 1 million de fois plus puissant que ses 3 pétawatts.
ZEUS étudiera principalement les plasmas extrêmes, un état de la matière dans lequel les électrons ont suffisamment d’énergie pour s’échapper des atomes, créant une mer de particules chargées. Presque tout l’univers vu est fait de plasma. Le soleil est un exemple de plasma.
Les expériences devraient contribuer à la compréhension de la façon dont l’univers fonctionne au niveau subatomique et dont les matériaux changent à des échelles de temps rapides. Les scientifiques espèrent également qu’ils conduiront au développement d’accélérateurs de particules plus petits et plus compacts pour l’imagerie médicale et le traitement.
ZEUS aura « une vaste gamme d’applications dans les domaines de la science, de la technologie, de l’ingénierie et de la médecine », a déclaré Willingale.
Les propositions d’utilisation de ZEUS seront évaluées par un panel externe composé de scientifiques et d’ingénieurs. En raison du financement de la NSF, il n’y aura aucun coût pour les utilisateurs dont les propositions d’expériences sont sélectionnées pour mener des recherches, au-delà de leurs propres frais de déplacement vers l’installation.
Les propositions seront sélectionnées en fonction de leur mérite scientifique et de leur faisabilité technique, a déclaré Willingale.
Franklin Dollar, professeur agrégé au département de physique et d’astronomie de Cal-Irvine, et quatre étudiants diplômés de l’UCI sont arrivés au Michigan la semaine dernière pour commencer à préparer leur expérience.
« L’un des principaux défis dans notre domaine est l’accès à une lumière laser intense de haute qualité », a déclaré Dollar. « ZEUS ne sera pas seulement le faisceau laser le plus puissant du continent, mais peut-être plus important encore, fournira de multiples faisceaux puissants.
« Plutôt que de fabriquer uniquement des plasmas hautement énergétiques à partir d’un laser, il existe un deuxième faisceau qui peut également interagir avec le plasma », a-t-il déclaré.
ZEUS est une mise à niveau du laser de 0,5 pétawatt de l’Université du Michigan, connu sous le nom de HERCULES.
Alors que les chercheurs du Michigan sont ravis de la naissance de ZEUS, ils sont conscients du fait que leurs conventions de dénomination ne correspondent pas exactement à la chronologie de la mythologie grecque.
« HERCULES était le prédécesseur de ZEUS », a déclaré Willingale. « C’est un peu en arrière, car Hercule était le fils de Zeus.
« Alors, nous construisons le père après le fils. »
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