Doctorat en exploration des interactions lumière-matières au delà de la limite de Schwinger (H/F)

Sujet de thèse :
La mécanique quantique et la théorie de la relativité forment les deux piliers fondamentaux de la physique moderne. Ensemble, elles prédisent que le vide quantique n'est pas vide, mais rempli de paires de particules et antiparticules virtuelles. À une intensité critique — également connue sous le nom de limite de Schwinger — un laser peut convertir les plus légères fluctuations du vide quantique, notamment les paires virtuelles électron-positon, en particules réelles. Bien que théorisé il y a près d’un siècle, ce régime de champs intenses en électrodynamique quantique (QED) reste largement inexploré expérimentalement.

L’objectif principal de ce projet de doctorat est la planification et la réalisation d’expériences de QED en champs intenses (SFQED) sur l'installation laser multi-PW Apollon. Nous visons à faire entrer en collision des électrons multi-GeV, fournis par un accélérateur à sillage laser (LWFA), avec une impulsion laser de haute intensité en un point d’interaction (IP) éloigné du lieu d'accélération LWFA. Dans le référentiel du faisceau d'électrons ultra-relativistes, l'intensité laser sera amplifiée par effet de Lorentz, ce qui nous permettra d’atteindre et de dépasser le champ critique en QED.

Ce schéma a été mis en œuvre à plusieurs reprises, d'abord lors de l'expérience E-144 au SLAC. Notre groupe est actuellement à la tête de l'expérience E320 E-320 qui succède à E-144 sur le faisceau d’électrons de haute qualité de 10 GeV fourni par la FACET-II. Dans ce contexte, nous acquérons une expérience précieuse que nous mettrons à profit pour atteindre le niveau multi-PW sur Apollon. L'échange et la participation au programme E-320 sont envisageables et fortement encouragés pour le projet de doctorat proposé.

Comparativement à d'autres campagnes expérimentales menées sur des installations laser entièrement optiques, telles que le laser Gemini au Royaume-Uni ou CoReLS en Corée, nous mettrons en place un transport de faisceau depuis l'accélérateur à sillage laser (LWFA) vers le point d’interaction de haute intensité. Cela nous permettra de mesurer les propriétés du faisceau d'électrons avant qu'il ne rentre en collision avec le laser. Par ailleurs, nous pourrons sélectionner des électrons avec une énergie bien définie. La conception de ce transport de faisceau constituera l'un des premiers projets de cette thèse de doctorat.

Afin d’obtenir des diagnostics sur chaque collision, il sera nécessaire de mesurer les paramètres d'impact spatiaux et temporels entre le laser haute intensité et le faisceau d'électrons. Pour mesurer le timing relatif, nous utiliserons l'échantillonnage électro-optique (EOS). Le développement et la mise en œuvre de ce diagnostic feront également partie de ce projet de doctorat.

Enfin, le projet de doctorat comprendra l'analyse des données et la modélisation théorique.

L'étude sera menée dans le groupe de Physique des Lasers Intenses avec les Plasm
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