Description du sujet de thèse

Comprendre la physique des phénomènes astrophysiques extrêmes tels que les pulsars et les trous noirs reste un défi majeur pour l'astrophysique. Notre compréhension est façonnée par les observations astrophysiques du spectre de lumière rayonnée, caractérisant indirectement les particules de haute énergie qui pourraient être produites par des processus microphysiques dans les plasmas, encore mal caractérisés. Le champ magnétique ultra-intense qui entoure ces objets astrophysiques (dont l'intensité peut atteindre des milliards de teslas) est considéré comme un élément clé pour élucider la physique de ces environnements extrêmes.
Une approche prometteuse pour explorer la microphysique de ces scénarios repose sur la génération de champs magnétiques puissants en laboratoire. Cependant, les technologies standard sont limitées à des dizaines de teslas. Les lasers à ultra-haute intensité pourraient repousser ce seuil et nous rapprocher de ces régimes inexplorés. Le travail de thèse vise à exploiter les capacités des futures installations laser, telles qu'Apollon, en s'appuyant sur des simulations détaillées avec des codes de pointe, afin d'identifier les conditions optimales pour la production d'un champ magnétique ultra-intense.
Le schéma envisagé repose sur l'effet Faraday inverse (IFE). Cet effet est l’opposé du bien connu effet Faraday, où la polarisation de la lumière traversant un matériau soumis à un champ magnétique subit une rotation. Dans le cas de l’IFE le champ magnétique est généré grâce à la lumière. Lorsqu’un laser porteur de moment angulaire interagit avec un plasma, le moment angulaire du laser peut être absorbé et transféré aux particules chargées. Cela permet d'obtenir un courant azimutal important et donc un champ magnétique axial associé. Nous allons considérer soit une impulsion polarisée circulairement (CP), qui a ce que on appelle le moment angulaire de spin, soit une impulsion avec moment angulaire orbital (OAM), présent s'il y a une déviation de la symétrie rotationnelle parfaite dans la structure du champ laser. L'OAM apporte donc une contribution supplémentaire au moment angulaire qui peut être additionnée à celle du spin, modifiant potentiellement la quantité totale transférée au plasma. Cela pourrait se traduire par un courant aux propriétés différentes (amplitude, extension radiale, durée, etc.) et, à son tour, avoir un impact sur les caractéristiques du champ axial produit. L'objectif principal de cette thèse est d'explorer la génération de champs magnétiques macroscopiques ultra-forts par le mécanisme IFE, en utilisant des simulations numériques à grande échelle qui considèrent l'interaction d'un laser UHI avec une cible solide. Cette configuration peut nous permettre d'atteindre des régimes d'interaction laser-plasma inexplorés, en particulier lors de l'utilisation de lasers UHI porteurs d'OAM. Cette étude évaluera la redistribution du moment angulaire entre la lumière et les particules. Elle visera également à établir la relation analytique entre le moment angulaire échangé et l'intensité du champ produit.

La recherche se penchera ensuite sur la caractérisation du rayonnement émis, qui a été négligée jusqu'à présent, et sur la manière dont le moment angulaire est conservé.
Une partie importante de la thèse impliquera des simulations cinétiques prédictives de l'interaction laser-plasma dans des conditions physiques réalistes selon les schémas discutés ci-dessus. Ces simulations viseront soit à produire les lois d'échelle, soit à identifier les signatures expérimentales des phénomènes étudiés et pourront conduire au dimensionnement et à l'interprétation des expériences sur les installations de l'IHU.

L'étude sera menée dans le groupe de théorie et de simulation du LULI, TIPS.
Une maîtrise de l'électrodynamique classique est nécessaire mais pas obligatoire. La connaissance de Python s'avérera nécessaire pour réaliser des simulations.

La candidature doit comprendre un CV détaillé, l'adresse électronique de deux universitaires pouvant fournir une lettre de référence, une lettre de motivation d'une page, les notes de Master 1 et 2.

Contexte de travail

Le doctorant sera principalement basé sur le site parisien du LULI, Sorbonne Université, mais il/elle passera également du temps sur le site de l'Ecole Polytechnique.

L'étudiant ou étudiante aura accès au code 3D Particle-In-Cell (PIC) open-source, haute performance et collaboratif SMILEI.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.