Des pétaflops pour l'interaction laser-matière pétawatt
Publié par Redbran le 11/04/2019 à 14:00
Source: CEA

Illustration Wikimedia Commons
Un nouveau code massivement parallèle, développé par des chercheurs de l'Iramis et leurs partenaires, décrit de manière réaliste l'interaction laser-plasma à ultra-haute intensité, en régime pétawatt. Un guide indispensable pour les prochaines expériences...

La matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état...) exposée à un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) à ultra-haute intensité devient plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons...) et des électrons peuvent y être accélérés à des vitesses relativistes en quelques attosecondes (10^-18 s) seulement ! Une nouvelle physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...), fortement non linéaire et hors équilibre, se révèle ainsi à mesure que la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) et la qualité des lasers à impulsions ultra-courtes augmente.

Or le passage du térawatt (10^12 W) au pétawatt (10^15 W) n'est pas sans incidence sur la modélisation de ces phénomènes. Les codes Particle in Cell utilisés jusqu'à présent ne permettent plus de décrire les nouveaux régimes pétawatt d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact...) laser-plasma. En effet, les nombreux artefacts numériques qui apparaissent ne peuvent plus être éliminés en augmentant la résolution des calculs.

Des chercheurs ont donc développé une nouvelle génération de codes, utilisant des solveurs plus précis et massivement parallèles, pouvant gérer jusqu'à un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) de coeurs, et ont pu l'exploiter à très grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle...) sur la machine Mira (Mira peut désigner :) de 10 pétaflops (floating-point operations per second), à Argonne National Laboratory (États-Unis). À résolution identique, ils calculent une interaction laser-solide 500 fois plus rapidement que précédemment.

Des simulations en régime pétawatt réalisées avec ce code révèlent des phénomènes inédits en térawatt: une impulsion laser réfléchie sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) solide ("miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être...) plasma") est 500 fois plus intense qu'attendu. Ce gain s'explique par la combinaison (Une combinaison peut être :) d'un effet Doppler dû au plasma oscillant (× 5) et d'une focalisation par une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé »...) additionnelle du miroir plasma (× 100).

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le Lawrence Berkeley National Laboratory (Le Laboratoire national Lawrence Berkeley (Ernest Orlando Lawrence National Laboratory, anciennement Berkeley Radiation Laboratory et plus connu sous le nom de Berkeley Lab ou LBNL), est un laboratoire national américain, dépendant du...) (États-Unis).

Références publication

Identification of coupling mechanisms between ultraintense laser light and dense plasmas, submitted to Phys. Rev. X
Achieving extreme light intensities using relativistic plasma mirrors, submitted to Phys. Rev. Lett
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