Propagation dans les plasmas en rotation – WaRP

Les proprie´te´s de propagation d'une onde dans un milieu en mouvement diffe`rent de celles dans un milieu au repos. Une onde se propageant dans un die´lectrique isotrope en rotation subit par exemple a` la fois a` une rotation de la polarisation et de l'image, qui correspondent a` un de´phase entre respectivement les composantes de moment angulaire de spin (SAM) et de moment angulaire orbitale (OAM) de cette onde. Un plasma magne´tise´ en rotation diffe`re d'un die´lectrique classique en ce que la rotation de la polarisation peut ici re´sulter de deux contributions distinctes: un effet magne´to-optique (rotation de Faraday) et un effet me´cano-optique (dû a` la rotation du plasma). Un plasma en rotation pourrait par ailleurs offrir de nouvelles opportunite´s pour transformer SAM en OAM, et vice-versa. Comprendre ces me´canismes et leurs implications reve^t un inte´re^t fondamental, mais aussi pour diverses applications telles que la physique des pulsars ou la manipulation de la lumie`re.

Au niveau théorique, l'objectif de ce projet consistera à de´river un jeux d'e´quations de dispersion caracte´risant la propagation d'une onde dans un plasma en rotation. On partira pour cela de cas particuliers, notamment le cas simple sans OAM dans une configuration aligne´e sur lequel nous avons re´cemment travaille´, pour progressivement inclure diffe´rents raffinements - en particulier les effets de SAM et OAM ainsi que diffe´rents effets ge´ome´triques - et tendre vers le mode`le le plus ge´ne´ral possible. Ces re´sultats the´oriques nous permettront alors d'e´tudier plus spécifiquement deux problèmes pratiques.

Un premier problème étudié ici concerne la possibilité de mesurer ces effets de rotation dans une expérience de laboratoire. Nos résultats préliminaires suggèrent qu'il pourrait en effet être possible de séparer l'effet de rotation mécanique de la rotation Faraday sur la polarisation d'une onde dans un plasma en tirant parti de forts champs magnétiques (plusieurs dizaines voire centaines de Teslas). Un environnement relativement unique permettant d'obtenir de tels champs magnétiques est celui des plasmas à haute densité d'énergie, et un objectif de ce projet sera ainsi de confirmer en collaboration avec des spe´cialistes de ces plasmas la possibilité de mesurer expérimentalement cet effet dans ces conditions singulières.

En parallèle a` ces travaux les effets de rotation dans un plasma sur terre, un second problème proposé à l'étude dans ce projet concerne l'effet de la rotation me´canique de la magne´tosphere entourant les pulsars sur les proprie´te´s de polarisation du signal rec¸u. On s'attachera ici notamment a` e´tudier, en collaboration avec des astronomes spe´cialise´s dans l'observation des pulsars, dans quelle mesure la prise en compte de l'inclinaison entre champ magne´tique et axe de rotation - proprie´te´ essentielle a` l'e´mission des pulsars - dans un mode`le de propagation en pre´sence de rotation pourrait permettre d'expliquer certaines observations polarime´triques, et par la`-me^me de confirmer notre conjecture the´orique selon laquelle la polarisation du signal d'un pulsar pourrait offrir un moyen unique de de´terminer son sens de rotation.