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[Actualité scientifique] Un contrôle des paquets d'électrons dans les synchrotrons pour un rayonnement térahertz intense et stable

[Actualité scientifique] Un contrôle des paquets d’électrons dans les synchrotrons pour un rayonnement térahertz intense et stable

par Stéphanie Rigault - publié le

Dans les synchrotrons, des paquets d’électrons circulant en anneau émettent des rayonnements qui sont très largement utilisés pour sonder la matière. Lorsque ces paquets comprennent beaucoup d’électrons et deviennent instables, ils émettent un rayonnement térahertz cohérent particulièrement intense, mais trop irrégulier pour être utilisé. Grâce à des techniques inspirées des méthodes du contrôle du chaos, le rayonnement térahertz cohérent peut cependant être stabilisé.

Les synchrotrons produisent des rayonnements sur une très large gamme spectrale : du térahertz jusqu’aux rayons X durs. Ces rayonnements sont émis par des paquets d’électrons relativistes, dont la vitesse est très proche de celle de la lumière. Les électrons d’un paquet sont en constante interaction, entre eux et avec leur rayonnement et leur environnement, et, à partir d’un certain nombre, l’augmentation de ces interactions pousse systématiquement les électrons à se regrouper en petits ensembles au sein du paquet, formant des microstructures instables (phénomène dit de microbunching). À la longueur d’onde de ces microstructures, leur rayonnement devient alors cohérent : les ondes émises par les différents électrons dans les différents micro-paquets sont en phase les unes par rapport aux autres. Dans cet état, le rayonnement térahertz obtenu est typiquement 10 000 à 100 000 fois plus intense que le rayonnement térahertz classique, incohérent. En effet, la puissance d’un rayonnement incohérent est proportionnelle au nombre d’électrons dans le paquet tandis que, pour un rayonnement cohérent, elle est proportionnelle au carré de ce nombre. Ce rayonnement cohérent est malheureusement émis habituellement sous forme de bouffées erratiques, ce qui le rend trop irrégulier pour profiter de sa puissance exceptionnelle.

© CAVOK Production - Laurent PERSIN

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