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Dynamique des paquets d’électrons relativistes dans les centres de rayonnement synchrotron

par Johanna Leclercq - publié le

Titre du projet de thèse :
Dynamique des paquets d’électrons relativistes dans les centres de rayonnement synchrotron

Directeur de thèse : Serge Bielawski
Nom du co-encadrant ou co-directeur de thèse : Clément Evain


Laboratoire d’accueil : PhLAM


Programmes éventuels de rattachement :
CPER Photonics for Society, Labex CEMPI


Résumé du projet de thèse :
Les sources de lumières sur accélérateurs (anneaux de stockage et lasers à électrons libres) permettent de produire un rayonnement très intense sur une très large gamme spectrale (du THz jusqu’aux rayons X durs), ensuite utilisé pour sonder de nombreuses propriétés de la matière.

Les paquets d’électrons relativistes qui émettent le rayonnement sont des milieux complexes en interactions entre eux (via leur rayonnement) et avec leur environnement. En particulier, un phénomène universel, apparaissant lors de l’utilisation d’un grand nombre d’électrons, est l’émergence spontanée de structures dans le profil longitudinal des paquets d’électrons.

Le sujet de thèse porte sur cette instabilité (appelé « microbunching instability »), qui est à la fois gênante pour le fonctionnement des centres de rayonnement synchrotron, mais aussi une source puissante de THz, puisque les structures créées permettent l’émission d’un rayonnement cohérent intense. Cette thématique se situe à l’interface entre la physique des accélérateurs et la dynamique des systèmes complexes. Les problématiques actuelles portent sur (i) la compréhension de cette instabilité, en faisant le lien entre les résultats issus de l’intégration numériques des modèles et les résultats expérimentaux ; et (ii) sa maîtrise (des résultats récents et préliminaires à SOLEIL ont montré la faisabilité de stabiliser un état régulier, cf. https://arxiv.org/abs/1810.11805 ). Le travail numérique sera effectué en relation étroite avec des expériences sur accélérateurs : SOLEIL (France), KARA (Allemagne), et FERMI (Italie). Les simulations impliqueront le calcul et/ou l’analyse de solutions d’équations différentielles (équation de Vlasov, modèles particle-in-cell), etc. Un attrait pour la programmation est indispensable pour ce projet.