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FET-OPEN européen sélectionné au LOA

Edité le 04/11/2016

 - 4 novembre 2016 - Un programme européen FET-OPEN de 3,9 M€, Laser Lightning Rod (LLR), a été attribué à un consortium dirigé par Aurelien HOUARD au LOA.

Contrôler la foudre est un rêve de longue date. L'objectif de ce projet est d'étudier et de développer un nouveau type de protection contre la foudre basé sur l'utilisation de décharges électriques ascendantes initiées par un laser multi terawatt à taux de répétition élevé. La faisabilité de cette nouvelle technique et la perspective de réussite du projet sont basées sur des recherches récentes apportant de nouvelles connaissances sur le mécanisme responsable du guidage des décharges électriques par filaments laser, sur une technologie laser de pointe et sur la disponibilité d'installation des systèmes expérimentaux dans la station de mesure de la foudre Säntis dans le nord-est de la Suisse (2500 m d'altitude).

Le consortium LLR s'appuie sur des développements transdisciplinaires dans le domaine du développement laser, de l'optique non linéaire, de la physique des plasmas, de la télédétection et de la foudre. L'équipe scientifique est composée de leaders dans les domaines de la propagation non linéaire haute puissance d'impulsions laser dans l'atmosphère, du contrôle laser des décharges électriques, de la physique de la foudre, du développement laser à haute puissance et des lasers à taux de répétition élevé. La plus grande entreprise européenne en aéronautique apporte son expertise sur les effets directs des éclairs et sur les moyens de protection contre la foudre (aéronefs et infrastructures).


Il s'agit du deuxième contrat FET-OPEN attribué à LOA.

4% des 522 projets éligigles ont été primés.


Le consortium: LOA (coordinateur), EPFL, Université de Genève, Trumpf, Airbus GI, HESSO

ERC starting au LOA

Edité le 07/09/2016

 - 01 septembre 2016 - Une ERC starting grant vient d'être obtenue par un chercheur du LOA, Sebastien Corde, sur le développement d'une nouvelle technique d'accélération de particules par plasma.

Les techniques des accélérateurs classiques atteignent leurs limites pour l'accélération à très hautes énergies et de nouveaux concepts émergent. L'utilisation d'un gaz ionisé (plasma) permet d'augmenter le gain d'énergie par unité de longueur de plusieurs ordres de grandeur. Une classe d'accélérateurs de type plasma, pertinente pour les applications de physique des hautes énergies, consiste à utiliser un faisceau de particules pilote pour exciter une onde de plasma, qui est ensuite utilisée pour accélérer le faisceau de particules principal. La recherche dans ce domaine nécessite de grandes installations, en raison des conditions strictes sur le faisceau pilote. Dans ce projet starting grant appelé M-PAC (Miniature beam-driven Plasma ACcelerators), il est proposé de développer des accélérateurs de puissance par plasma avec des faisceaux d'électrons accélérés par laser compact de classe 100 TW. Les objectifs du projet M-PAC sont multiples. Cela inclut notamment la production et la conservation de la qualité de faisceau requise pour des collisionneurs de haute énergie ou pour des source de lumière de dernière génération, la démonstration d'une efficacité énergétique élevée du faisceau pilote vers le faisceau accéléré et l'accélération de faisceaux de positrons. De nouvelles opportunités peuvent également émerger dans le développement de sources lumineuses compactes à l'échelle d'un laboratoire en terme de brillance et de domaine spectral.

Cette ERC est la 6ème obtenue par les chercheurs du LOA depuis le lancement de ce type de prix en 2009.

 

Accélérateurs plasma par faisceaux de particules

Edité le 24/06/2016

 - 23 Juin 2016 - Une équipe internationale impliquant un chercheur du LOA a publié deux études dans la revue Nature Communications sur une meilleure compréhension et  l'optimisation des accélérateurs de plasma produits par des faisceaux de particules énergétiques.

Dans la première étude [Nat. Commun. 7, 11785 (2016)], les chercheurs ont été en mesure de créer un nouveau type d'accélérateur plasma sous la forme d'un canal de plasma creux - un tube de plasma contenant un gaz neutre. Avec cette géométrie particulière, les particules se propageant dans le tube ne subissent pas les forces transversales qui peuvent être préjudiciables à la qualité du faisceau. Cela est essentiel pour le positron, l'antiparticule de l'électron, dont l'accélération dans le plasma est par nature extrêmement difficile. En envoyant un faisceau de positons dans ce tube plasma, les chercheurs ont pu exciter un sillage pouvant être utilisé pour l'accélération des positons, tout en s'affranchissant des forces transversales indésirables.

Dans la seconde étude [Nat. Commun. 7, 11898 (2016)] dirigé par Sebastien Corde du LOA, les scientifiques ont étudié la dynamique et l'interaction d'un faisceau d'électrons avec un plasma auto-généré. Dans ce cas, le plasma est produit directement par l'ionisation du gaz (Argon) par le faisceau d'électrons lors de sa propagation. Dans ces conditions, l'accélération plasma était attendue avec un très faible gain d'énergie (inférieur au GeV). Au lieu de cela, les gains étonnamment élevés, jusqu'à 27 GeV, ont été observés expérimentalement, en désaccord avec les prédictions.

Les résultats ont mis en évidence deux nouveaux phénomènes. Tout d'abord, le faisceau s'autofocalise: sa taille transversalle est rapidement réduite, puis se maintient à sa valeur minimale ce qui produit un faisceau très dense. Cette densité est suffisamment élevée qu'elle peut conduire à la génération de fort champ plasma de sillage. Deuxièmement, un tel faisceau ne subit pas l'érosion de son front avant car les particules ont une très faible divergence. Elles assurent l'ionisation suffisante pour générer le guidage du reste de l'impulsion.
Ces résultats inattendus et surprenants fournissent une compréhension plus complète de l'interaction entre les faisceaux d'électrons et les plasmas, ce qui va certainement jouer un rôle important pour les optimisations futures de ce type d'accélérateurs.

 

Articles:
S. Gessner et al., Nat. Commun. 7, 11785 (2016) - http://dx.doi.org/10.1038/ncomms11785
S. Corde et al., Nat. Commun. 7, 11898 (2016) - http://dx.doi.org/10.1038/ncomms11898

prix E. Fabre2016 attribué à J. Faure

Edité le 28/04/2016

Le prix Edouard Fabre 2016 a été attribué à J. Faure du LOA. Le prix est particulièrement adressé aux chercheurs ayant effectués un travail de recherche depuis 15 ans après l'obtention de leur thèse. Le prix récompense les contributions scientifiques remarquables dans le domaine de la physique de la fusion par confinement inertiel et la physique de l'interaction laser-plasma.

En 2003, J. Faure a obtenu un poste CNRS au Laboratoire d'Optique Appliquée où il a effectué des travaux expérimentaux pour le développement des accélérateurs laser-plasma. Il a démontré que l'interaction laser-plasma peut être efficacement utilisée pour accélérer des faisceaux d'électrons énergétiques sur des distances extrêmement courtes. En 2012, il a obtenu une bourse européenne ERC pour produire, avec un système laser kHz, des paquets d'électrons femtosecondes à haute cadence de répétition et les utiliser pour  l'étude des phénomènes ultra rapides par diffraction d'électrons avec une résolution temporelle femtoseconde. Jérôme Faure enseigne par ailleurs la physique quantique et la physique statistique comme professeur associé à l'Ecole Polytechnique. Il est maintenant directeur de recherche CNRS et le chef du groupe de recherche APPLI au LOA (Application de sources ultrarapides à la physique du solide).

PLus d'information ici

Premier MOOC ENSTA-ParisTech en ligne

Edité le 09/02/2016

 - 09 février 2016 - Le premier MOOC de l'ENSTA-ParisTech a été mis en ligne le 04 février 2016 sur FUN, la plateforme d'enseignement numérique française. Davide Boschetto, Enseignant-Chercheur au laboratoire LOA, a mis en place ce premier cours d'Introduction à la Physique Quantique. 5 jours après son lancement, plus de 600 inscrits on été enregistrés. Le cours commencera le 25 avril 2016. FUN regroupe 50 partenaires en France et à travers le monde, dont l'ENSTA-ParisTech. FUN compte à ce jour 1 million d'inscriptions à 150 cours disponibles. 

Plus d'information:

MOOC Physique Quantique

Teaser (dailymotion)

 

 

Accélération d'électrons relativistes dans le vide

Edité le 14/01/2016

- 21 décembre 2015 - Deux équipes du CEA LIDYL et du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) ENSTA-ParisTech - Ecole Polytechnique - CNRS  ont réussi à mettre en évidence pour la première fois l'accélération d'électrons "dans le vide", par un faisceau laser intense. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Physics de décembre 2015. Cette observation montre qu'il est possible de profiter des très fortes amplitudes de champ électrique des impulsions de lumière laser femtoseconde, que l'on sait aujourd'hui produire, pour accélérer des particules à haute énergie sur de faibles distances.

En concentrant la lumière sur des durées femtosecondes (10-15 s), les impulsions laser peuvent atteindre des puissances lumineuses instantanées considérables (~ 1 PW, soit 1015W) et donc des amplitudes extrêmement élevées du champ électrique associé (~ 10 TéraV/m, soit 1013 V/m). Comme les vagues en haute mer ne peuvent faire avancer les navires, ce champ, par nature oscillant, ne peut accélérer à de très hautes énergies des particules chargées. Mais comme le surfeur qui va chercher la vague et en avançant avec elle peut continûment profiter de sa pente, l'injection d'électrons relativistes (avec une vitesse très proche de celle de la lumière) dans le faisceau laser peut théoriquement permettre l'accélération recherchée, en profitant pleinement des champs électriques gigantesques associés aux impulsions laser ultracourtes.

De nombreuses équipes de par le monde ont essayé de mettre en évidence ce phénomène, sans pouvoir en apporter la preuve définitive. Cette accélération "dans le vide" de particules chargées par un champ laser intense vient d'être expérimentalement démontrée par une collaboration entre une équipe de l’IRAMIS et le Laboratoire d’Optique Appliquée (ENSTA-X-CNRS) à Palaiseau. L'interaction de l'impulsion laser avec une cible solide (miroir plasma) permet d'obtenir l'injection idéale d'électrons qui, surfant sur l'impulsion laser, atteignent des énergies de l'ordre de 10 MeV sur une distance de 80 µm. Cette première ouvre ainsi la perspective d’utiliser de la lumière intense pour réaliser des accélérateurs compacts d'électrons de très haute énergie.

Illustration: Profil du faisceau d'électrons issu du miroir plasma. Les couleurs reflètent le nombre d'électrons émis dans une direction donnée. Déviés du fait de l'accélération de 1.5 MeV à 10 MeV sur une distance de 80 µm par l'impulsion laser, le faisceau d'électrons de haute énergie est bien visible au centre de la figure (tache rouge), tandis que peu d'électrons sont émis dans la direction du faisceau lumineux réfléchi (tache blanche). © F. Quéré - J. Faure, CEA-CNRS.

ArticleM. Thevenet, A. Leblanc, S. Kahaly, H. Vincenti, A. Vernier, F. Quéré and J. Faure, Nature Physics (2015)

Communiqué de presse CNRS

Communiqué de presse CEA

 

Laser XUV femtoseconde

Edité le 17/11/2015

 - 16 novembre 2015 - Depuis plus d'une décennie, la durée des flashes de rayonnement laser XUV obtenus par interaction laser-plasma a été limitée à quelques picosecondes, réduisant ainsi l’accès à de nombreuses applications pionnières et innovantes dans la gamme ultrarapide. Une équipe du Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA) pilotée par Stéphane Sebban vient de publier dans la revue Nature Photonics ses derniers résultats démontrant pour la première fois que des impulsions intenses de durée femtoseconde peuvent être obtenues. Le milieu amplificateur consiste en un plasma de krypton nickelloïde émettant à 32,8 nm qui a été injecté par une source d’harmoniques d’ordres élevés obtenue dans de l’argon. La réalisation à l’échelle d’un laboratoire d’applications précédemment réservées aux grandes infrastructures telles que les synchrotrons et les lasers à électrons libres devient envisageable. Ces travaux ont été réalisés en coopération avec le LPGP (Université d’Orsay), le projet ELI-Beamlines (Prague), le laboratoire APRI (Gwangju, Corée du Sud) et le LULI (Ecole Polytechnique, Palaiseau).

 

Plus d'information:

Article : Table-top femtosecond soft X-ray laser by collisional ionization gating, A. Depresseux et al., Nature Photonics, Published online 16 November 2015

- Communiqué de presse

 

Accélération d'antimatière

Edité le 27/08/2015

- Nature, S. Corde et al, 27 aout 2015 - Les accélérateurs plasma ont montré depuis plusieurs années leur formidable capacité à accélérer des faisceaux de particules. Un des objectifs est de compacifier la taille des infrastructures expérimentales pour rendre accessible la génération d'énergies bien supérieures à ce que les techniques actuelles permettraient de produire et avec des tailles d'instruments non rédhibitoire. A ce jour, les plasmas créés par laser basés sur l'interaction entre un laser femtoseconde intense avec la matière ou les plasmas créés par des faisceaux d'électrons issus de grands accélérateurs RF, ont permis d'accélérer des électrons énergétiques aux propriétés remarquables de brièveté, charge, énergie ou compacité dans le cas des lasers.

Sébastien Corde, chercheur au LOA, vient cette fois ci de publier dans la revue Nature du 27 aout 2015 avec une équipe internationale travaillant sur l'installation FACET du SLAC à Stanford (USA), comment ces plasmas peuvent être utilisés pour accélérer un autre type de particules, des positrons. Un faisceau de positrons d'une énergie initiale de 20 GeV a pu gagner 5 GeV en capturant de l'ordre de 30% de l'énergie du plasma. Ces résultats sont une nouvelle étape importante vers la réalisation de la future génération de collisionneurs de particules. 

- Illustration: Weiming An (UCLA)

- Plus d'information:

communiqué de presse

S. Corde et al, Nature 524, 442–445 (27 August 2015)

News and views Nature

Focus sur les accélérateurs laser-plasma

Edité le 23/07/2015

 Victor Malka, Directeur de recherche CNRS au LOA, Laboratoire d’Optique Appliquée (École polytechnique, ENSTA Paris-Tech, CNRS) présente, dans l’émission « Chercheurs d’X », ses travaux sur les accélérateurs laser-plasma et sur leurs applications en radiothérapie, en imagerie médicale et en sciences des matériaux.

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Imagerie X Médicale au LOA

Edité le 06/03/2015

Un programme européen FET Open sur l'imagerie médicale par rayons X a été attribué au LOA début Mars 2015. Le projet, appelé VOXEL (Volumetric medical X-ray imaging at extremely low dose), fait partie du programme-cadre européen Horizon 2020 "Research and Innovation actions for Future and Emerging Technologies". Coordonné par IST (Portugal), le projet rassemble des équipes de recherche de France (LOA, Imagine Optic, LIDyL), Pays-Bas (CWI), Italie (CNR) et l'Espagne (UPM). Ph. Zeitoun pilote la partie française au LOA.


Résumé du projet: 

Computerized Tomography (CT) has been one of the greatest achievements in medical imaging, but at the cost of a high, potentially harmful, X-ray irradiation dose. The ultimate goal of VOXEL is to provide an alternative to tomography with a disruptive technology enabling 3D X-ray imaging at very low dose. VOXEL aims at prototyping new cameras working in the soft and hard X-rays (< 10 keV) that will combine the X-ray penetration and nanometre spatial resolution, easiness to use, afforded by avoiding the rotation of the source or the sample, and extremely low dose for maximum impact on medicine and biology. 
VOXEL relies on the integration of trans-disciplinary fields in medical imaging, optics, X-ray physics, applied mathematics and value to society through foreseeable commercialization. VOXEL aims at prototyping in parallel a soft X-ray “water window” microscope and a hard X-ray 3D camera for medical applications (< 10 keV). While both cameras need groundbreaking development in the underlying physics, only hard X-ray camera has high technological risk (and high societal impact). VOXEL will benefit from the soft X-ray camera thanks to its Biological applications in nano-tomography but also as a test platform for our physical and mathematical models.

The VOXEL team members are leaders in X-ray metrology, wavefront sensing, atomic physic, mathematical computing and 3D medical imaging; with VOXEL we are uniquely positioned to succeed, and to raise the competitiveness of Europe. Doing so by basing the research lead in Portugal with a woman coordinator will be exemplary: beyond the scientific and technological success, thanks to our focus in science and its valorisation, VOXEL will be transformative for scientifically emerging countries.

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