Des chercheurs américains font tomber la foudre de ZEUS sur terre avec un nouveau laser équivalent à 100 fois toute la puissance électrique mondiale

ZEUS : le laser américain qui dépasse 100 fois la puissance électrique mondiale en une fraction de souffle

Dans un bâtiment aux allures de gymnase universitaire, tapi dans le campus du Michigan, les États-Unis ont allumé un monstre lumineux. ZEUS, pour Zettawatt-Equivalent Ultrashort laser pulse System, a atteint une puissance inédite de 2 pétawatts, soit deux millions de milliards de watts… pendant 25 quintillionièmes de seconde.

Et pourtant, dans cette brève impulsion de lumière, plus courte qu’un battement d’atome, s’ouvre une nouvelle ère pour la physique quantique, l’astrophysique, la médecine, et même la sécurité nationale. Voici comment un rayon de lumière est devenu un outil de recherche plus énergique que toute l’électricité produite par la Terre entière, 100 fois plus puissant que le réseau mondial combiné.

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Le laser ZEUS, les blagues les plus courtes sont les meilleures

Le laser ZEUS, plus puissant laser du monde donc, ne fonctionne pas en continu. Contrairement à une ampoule ou à une centrale, il émet des impulsions ultracourtes et ultra-concentrées. Chaque flash libère une énergie gigantesque… en un temps infinitésimal : 2 pétawatts pendant 25 femtosecondes, soit 0,000000000000025 seconde.

Cette “brillance instantanée” permet de générer des champs électromagnétiques extrêmes, capables de casser la matière, d’accélérer des électrons à des vitesses relativistes, ou encore de simuler des conditions astrophysiques comme les jets de trous noirs.

Pour Karl Krushelnick, directeur du Gérard Mourou Center for Ultrafast Optical Science, “c’est un passage dans un territoire encore inexploré pour la science américaine des champs intenses.”

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Une salle de sport transformée en laboratoire spatial

Installé à l’université du Michigan, ZEUS remplace l’ancien système HERCULES, qui plafonnait à 300 térawatts. Le nouveau dispositif, plus ambitieux, est entouré de murs en béton de 60 cm d’épaisseur, pour contenir les radiations générées lors des expériences.

La technique repose sur un cristal de titane-saphir, qui amplifie les impulsions lumineuses et les concentre en un point minuscule. Quand la lumière frappe un gaz ionisé (du plasma), elle crée une vague électromagnétique sur laquelle les électrons surfent pour atteindre des vitesses inouïes. Ce procédé, appelé wakefield acceleration, pourrait remplacer à terme certains accélérateurs de particules géants, longs de plusieurs centaines de mètres.

L’un des objectifs du projet est d’obtenir, à terme, des collisions entre électrons et photons de haute énergie, dans une configuration tête-à-tête avec des impulsions laser opposées. Cette expérience signature devrait arriver plus tard dans l’année, avec une version du laser poussée à 3 pétawatts.

Applications : des étoiles à la salle d’opération

Si ZEUS est avant tout un outil de recherche fondamentale, ses applications concrètes sont déjà identifiées :

• Médecine : génération de rayons X ultra-courts pour l’imagerie des tissus mous à faible dose, traitement du cancer, avec des faisceaux focalisés et localisés ;
• Astrophysique : simulation de conditions proches des supernovæ ou des jets relativistes ;
• Sécurité : détection de matériaux, étude de l’interaction laser-matière ;
• Physique fondamentale : exploration des régimes non linéaires de la mécanique quantique.

Le tout pour un budget de 16 millions de dollars, soit environ 14,8 millions d’euros à la construction.

Le projet est financé par la National Science Foundation (NSF), et les premières expériences sont conduites par l’équipe du professeur Franklin Dollar (Université de Californie). Son objectif est de produire des faisceaux d’énergie comparable à ceux du CERN, sur une surface réduite à quelques mètres carrés.

Le laser comme moteur scientifique

ZEUS fait partie d’une stratégie scientifique plus large : réduire la taille des installations expérimentales tout en augmentant leurs performances. Le laser devient ici un accélérateur, un scalpel, un microscope et une supernova miniature.

Les chercheurs peuvent ainsi reproduire des phénomènes célestes, comme la courbure de l’espace-temps ou l’émission de rayons gamma, dans un environnement contrôlé. Et avec des coûts bien inférieurs aux infrastructures spatiales ou souterraines actuelles.

Même à une puissance moindre, 1 pétawatt, ZEUS a déjà accueilli plusieurs équipes de recherche internationales. Sa capacité d’accueil, couplée à sa précision, en fait un outil central pour la recherche américaine sur la haute énergie.

Une course mondiale vers la lumière extrême

Mais les États-Unis ne sont pas seuls dans la course. Le Royaume-Uni prépare actuellement Vulcan 20-20, un laser qui pourrait émettre des impulsions un million de milliards de milliards de fois plus brillantes que la lumière solaire. Son objectif est de dépasser ZEUS, voire d’atteindre le niveau zettawatt, d’où le nom du projet américain.

Derrière cette compétition scientifique se joue un enjeu stratégique : maîtriser la physique des plasmas et des champs intenses pour développer des technologies de rupture dans l’énergie, la défense, la médecine et l’industrie.

La fusion inertielle (comme celle portée par GenF en France), les canons à électrons, ou les diagnostics optiques avancés, tous ces domaines pourraient bénéficier de l’accélération laser à haute intensité.

Tableau HTML : Comparatif des puissances laser

Une lumière plus brillante que le monde entier, émise en un souffle plus court qu’un battement de proton. ZEUS ne changera peut-être pas la vie quotidienne demain, mais il éclaire déjà un futur où les lasers pourraient remplacer les accélérateurs, les scalpels, et même certains réacteurs.

Et dans ce jeu d’optique extrême, les photons sont rois… et l’univers, leur laboratoire.

Source : https://ece.engin.umich.edu/stories/the-us-has-a-new-most-powerful-laser

Photos : Marcin Szczepanski/Michigan Engineering