Des intensités lumineuses extrêmes pour tester l’électrodynamique

A l’aide de lasers très intenses, une équipe internationale impliquant des chercheurs du Laboratoire d’optique appliquée (LOA*) et du Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses (LULI*) vont sonder le comportement de la lumière à un niveau inédit, aux limites de la théorie actuelle de l’électrodynamique quantique. Le projet vient de recevoir une bourse Synergy du Conseil européen de la recherche (ERC).

Simulation numérique de la collision d’un laser de haute puissance amplifié par un miroir plasma (rouge/bleu) avec un faisceau d’électrons relativistes produit par un accélérateur laser-plasma (gris). © Henri Vincenti 2024

06 nov. 2025

Recherche, Prix et Distinctions, Lasers, Sciences fondamentales, LOA, LULI, École polytechnique, ENSTA Paris

Comment décrire ce qu’il arrive lorsque la lumière interagit avec de la matière ? Grâce à la théorie de l’électrodynamique quantique, développée au XXe siècle, qui a eu de nombreux succès.

Mais lorsque la lumière est très intense (et que le champ électromagnétique qui lui est associé atteint des valeurs de l’ordre 10¹⁸ Volts par mètre), les prédictions de la théorie ne peuvent être obtenue qu’avec des approximations. Ce sont les méthodes perturbatives. Pour des régimes encore plus extrêmes, mêmes ces méthodes ne fonctionnent plus.

Imaginer un nouveau cadre théorique

C’est pourquoi une collaboration entre les laboratoires DESY (Allemagne), LIDYL (CEA Sacaly), LOA et LULI va réaliser des expériences d’interaction lumière-matière entre un faisceau d’électrons et une impulsion laser ultra-intense. Le but sera de tester les prédictions de l’électrodynamique quantique et d’imaginer de nouveaux développements de la théorie pour les régimes extrêmes.

Parmi les chercheurs impliqués, Adrien Leblanc (LOA) est notamment spécialiste des sources d’électrons relativistes générées par laser. Il mène aussi le projet ERC EXAFIELD. Sébastien Meuren (LULI) possède une expertise dans les expériences de collisions entre ces électrons et des faisceaux lumineux.

Ce projet, appelé NP-QED (Non Perturbative Quantum Electrodynamics, c’est-à-dire électrodynamique quantique non-perturbative), est financé par une bourse Synergy de l’ERC.

*LOA : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique, ENSTA Paris, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France

LULI : une unité mixte de recherche CEA, CNRS, Sorbonne Université, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France

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