Les protons peuvent surfer sur des vagues vraiment tordues.

Une nouvelle expérience suggère que les particules subatomiques peuvent être accélérées par un processus similaire à celui des surfeurs attrapant les vagues. Les protons sont accélérés non pas par la houle océanique, mais par les ondes de choc dans le plasma, un mélange de particules chargées électriquement. Ces ondes de choc sont des perturbations de type bang sonique marquées par une augmentation brutale de la densité, de la température et de la pression.

La recherche pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre certaines des particules de haute énergie qui traversent le cosmos. On pense que les ondes de choc dans l’espace entraînent des particules chargées, mais la façon dont les particules obtiennent leur énergie n’est pas encore entièrement comprise (NS: 11/12/20).

Dans l’expérience, qui a mimé certains types d’ondes de choc cosmiques, les protons ont atteint des énergies allant jusqu’à 80 000 électrons-volts, les physiciens rapportent le 19 août dans Physique de la nature. Dans l’espace, des ondes de choc similaires se produisent lorsque la sortie de particules chargées du soleil rencontre le champ magnétique de la Terre, par exemple, et également lorsque ces particules diminuent considérablement à mesure qu’elles s’approchent du bord du système solaire, ce qui est appelé choc de terminaison.NS : 04/10/13).

Les scientifiques ont utilisé des lasers puissants pour recréer la physique de ces ondes de choc cosmiques à plus petite échelle. Dans l’expérience, une explosion laser a vaporisé une cible, envoyant une explosion de plasma dans un nuage d’hydrogène gazeux. Au fur et à mesure que le plasma traversait le gaz, une onde de choc s’est formée et les protons dans le gaz se sont accélérés, selon les mesures.

Les scientifiques avaient prédit que les protons pourraient être accélérés par un processus appelé accélération de choc, qui se produit en présence d’un champ magnétique. Une particule est poussée par le champ électrique de l’onde de choc et le champ magnétique aide la particule à maintenir son cap. Si la particule s’éloigne de l’onde de choc, le champ magnétique retourne le chemin de la particule dans l’onde, de sorte que le proton puisse à nouveau naviguer.

Bien sûr, il n’y a pas un tel retour automatique pour les surfeurs humains, explique Julien Fuchs du CNRS et du Laboratoire d’utilisation des lasers intenses, à Palaiseau, en France. C’est dommage, songe-t-il : « Je pense qu’ils aimeraient ça. »

Pourtant, les mesures à elles seules n’ont pas indiqué si le surf de choc était responsable de l’accélération des protons. « Le défi réside toujours dans l’interprétation, alors qu’est-ce qui a exactement causé cette accélération », explique le physicien des plasmas Frederico Fiuza du SLAC National Acceleration Laboratory à Menlo Park, en Californie, qui n’était pas impliqué dans la recherche.

Alors Fuchs et ses collègues ont créé des simulations informatiques de l’expérience. La comparaison des simulations et des données réelles suggère que les protons naviguaient dans l’onde de choc.

« C’est définitivement un résultat passionnant », déclare la physicienne des plasmas Carolyn Kuranz de l’Université du Michigan à Ann Arbor. Elle dit qu’elle espère qu’une enquête plus approfondie pourra découvrir des preuves plus directes qui ne sont pas basées sur des simulations informatiques. « C’est très prometteur pour les travaux futurs. »

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