Vers la compréhension des instabilités plasma relativistes – UnRIP

Les plasmas hors-équilibre présentent généralement des espaces des phases anisotropiques, par exemple en présence de faisceaux de particules ou dans le cas de collisions de plasmas, des configurations très communes dans l’espace ou en laboratoire. Des micro-instabilité en résultent, c’est-à-dire la croissance, spontanée et auto-entretenue, de fluctuations électromagnétiques et de courant à l'échelle cinétique, entraînant une redistribution des énergies et quantités de mouvement des différentes populations du plasma.
Dans ce projet, nous proposons d’exploiter le meilleur de la technologie laser et des accélérateurs pour étudier des systèmes faisceau-plasma sujets à des instabilités relativistes d’intérêt astrophysique. Deux grands types d’expériences seront réalisées, reposant soit (i) sur des interactions laser-solide relativistes et femtosecondes, sondées par des faisceaux électroniques créés par sillage laser, (ii) soit sur des faisceaux électroniques de quelques GeV d’énergie, produits par des accélérateurs et injectés dans des cibles solides ou gazeuses. Associées à des simulations numériques de pointe, ces expériences finement résolues permettront de caractériser la croissance et la compétition des différentes instabilités en présence, et ce dans une vaste gamme de paramètres. Celles prévues sur l’installation FACET-II du SLAC National Accelerator Laboratory (USA) s’illustreront par des énergies et courants électroniques bien supérieurs à ceux employés à ce jour. Les champs électromagnétiques engendrés par les instabilités devraient être alors assez forts pour induire, par rayonnement synchrotron, des flashs intenses de photons gamma, que nous chercherons, pour la première fois, à mesurer.
En complément de ces études expérimentales, nous explorerons des scénarios d’interaction plus proches encore des conditions astrophysiques, mettant en jeu des faisceaux ultra-relativistes de paires électron-positron, tels qu’envisagés avec les lasers multi-pétawatt ou accélérateurs de prochaine génération.