Imaginez un
laser si puissant qu’il peut délivrer en un éclair une énergie cent
fois supérieure à la consommation électrique
mondiale. C’est exactement ce que vient de réaliser
l’Université du Michigan avec son installation ZEUS, un système
laser d’exception capable de produire des impulsions lumineuses
atteignant 2 pétawatts (soit 2 millions de milliards de watts).
Même si cet exploit ne dure qu’un instant incroyablement bref — 25
quintillionièmes de seconde — il ouvre des portes inédites à la
recherche scientifique.
ZEUS : une prouesse
technologique à couper le souffle
ZEUS, acronyme de
Zettawatt-Equivalent Ultrashort
pulse laser System, est le fruit de décennies de recherches
dans le domaine des lasers ultrarapides. Installé dans un bâtiment
protégé par des murs de béton de 60 cm d’épaisseur pour contenir
les radiations, il s’impose aujourd’hui comme le laser le plus
puissant des États-Unis, presque deux fois plus puissant que ses
concurrents.
Mais ce n’est pas
qu’une simple question de chiffres : ZEUS génère des impulsions
lumineuses extrêmement courtes, mesurées en quintillionièmes de
seconde, qui concentrent une énergie phénoménale en un temps
record. Cette capacité à concentrer une telle puissance dans un
instant si court permet aux chercheurs de plonger dans des domaines
scientifiques encore inexplorés.
Des applications qui
vont bien au-delà de la physique
La puissance
colossale de ZEUS n’est pas qu’une prouesse technologique
impressionnante : elle offre un vaste champ d’applications dans de
nombreuses disciplines scientifiques. De la physique quantique à
l’astrophysique, en passant par la science des matériaux, la
médecine ou encore la sécurité nationale, ce laser promet de
bouleverser notre compréhension de phénomènes complexes.
Par exemple, la
capacité de ZEUS à générer des impulsions de rayons X
ultra-puissants ouvre la voie à une imagerie médicale
révolutionnaire, permettant d’étudier les tissus mous avec une dose
de rayonnement nettement réduite. De futures méthodes de traitement
du cancer et d’autres maladies pourraient également découler de ces
avancées.
Comment fonctionne
ZEUS ? Le secret du plasma et des électrons accélérés
Le cœur de la
technologie ZEUS repose sur un phénomène fascinant : l’accélération
par champ de sillage. Le laser tire une impulsion intense à travers
une cellule remplie d’hélium, un gaz léger. Cette interaction
produit un plasma, un état de la matière où les électrons se
détachent des atomes pour devenir libres.
Ces électrons libres
sont alors catapultés à des vitesses incroyables en “surfant” sur
les vagues créées par le laser dans ce plasma. En utilisant une
cellule plus longue et moins dense que ses prédécesseurs, ZEUS
permet aux électrons d’accélérer plus longtemps, atteignant ainsi
des énergies jamais vues jusqu’ici.
John Nees (à gauche) et l’ingénieur laser Paul Campbell (à droite)
travaillent dans la zone cible 1, où se déroulera la première
expérience utilisateur de 2 pétawatts. ZEUS est désormais le laser
le plus puissant des États-Unis. Crédits : Marcin
Szczepanski/Michigan EngineeringUne étape vers le
Zettawatt : l’expérience signature
La prochaine grande
étape pour ZEUS sera une expérience appelée “l’expérience
signature”. Dans ce test, les électrons accélérés par le laser
entreront en collision frontale avec une impulsion laser opposée,
encore plus puissante, atteignant 3 pétawatts. Cette collision
simulera une impulsion équivalente à un zettawatt — mille fois la
puissance actuelle de ZEUS — ouvrant un champ d’investigation sans
précédent.
Cette expérience
pourrait révéler des mécanismes fondamentaux de la physique, comme
des interactions quantiques inédites ou des conditions extrêmes
proches de celles observées dans les étoiles ou les trous
noirs.
Une course mondiale
pour la suprématie laser
Si ZEUS frappe fort,
il n’est pas seul. Le laser britannique Vulcan 20-20, actuellement
en construction, ambitionne de devenir le laser le plus puissant du
monde, avec un faisceau des milliards de fois plus lumineux que la
lumière solaire la plus intense.
Cette compétition
mondiale témoigne de l’importance stratégique et scientifique des
lasers ultra-puissants, capables de faire avancer la connaissance
humaine à une vitesse vertigineuse.