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Quand les particules dépassent la lumière : le mystère du rayonnement Tcherenkov dévoilé

SciTechDaily

Mécanisme de génération d'ondes Térahertz sous émission d'électrons dans une photodiode à vide. Crédits : Alexandre Ouchakov, Kseniia Mamaeva, Leonid Seleznev, Georgy Rizaev, Vladimir Bukin, Timophey Dolmatov, Pavel Chizhov, Vladimir Bagdasarov, Sergey Garnov

De nouvelles recherches explorent l'effet Cherenkov où des vitesses supraluminiques génèrent un rayonnement et discutent de nouvelles recherches utilisant ce principe pour créer térahertz rayonnement pour les applications avancées d'imagerie et de radar.

Lorsque des particules chargées se déplacent dans un milieu à une vitesse supérieure à la vitesse de phase de la lumière dans ce milieu (phénomène connu sous le nom de vitesse supraluminique), elles émettent un rayonnement. Le rayonnement résultant forme un motif conique. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet Cherenkov, a de nombreuses applications fondamentales et pratiques. L'explication de cet effet a valu le prix Nobel de physique en 1958.

L'incidence oblique de la lumière sur l'interface entre deux milieux est un phénomène similaire ; dans ce cas, une onde de sources de rayonnement secondaires se forme le long de l'interface, qui se propage à une vitesse supérieure à la vitesse de phase de la lumière. La réfraction et la réflexion de la lumière à partir d'une interface résultent de l'addition des amplitudes des ondes de toutes les sources formées lors de l'incidence de la lumière.

Accélération des électrons et rayonnement térahertz

Si l'on considère l'interface avec le matériau photo-émissif – la cathode, sur laquelle la lumière tombe obliquement et provoque l'émission d'électrons, une onde de densité électronique se forme le long de la surface de la cathode à une vitesse supraluminique. Ce phénomène s'accompagne de la génération d'un rayonnement secondaire. L'application d'un champ électrique externe conduit à l'accélération des électrons et, par conséquent, à une augmentation de l'énergie des électrons et du rayonnement secondaire pour de telles sources.

Des chercheurs de l'Institut de physique générale Prokhorov de l'Académie des sciences de Russie ont proposé d'utiliser la formation d'une onde supraluminique de sources d'émission d'électrons pour générer un rayonnement térahertz. L'idée principale est d'appliquer des impulsions laser ultracourtes à la surface de la cathode, ce qui conduit à la formation d'un faisceau d'électrons ultracourt.

Les électrons sont ensuite accélérés par un champ externe et stoppés brusquement dans une fine couche de diélectrique, ce qui conduit à la génération d'impulsions électromagnétiques dans le domaine des micro-ondes et dans la gamme des térahertz. Les auteurs proposent de mettre à l'échelle ces sources en augmentant l'efficacité des revêtements photo-émissifs. Les résultats de ce travail ouvrent de nouvelles sources de rayonnement THz pour des tâches de tomographie non invasive à large bande, d'imagerie, de radar et d'effets de puissance sur l'électronique.

L’étude a été financée par le ministère des Sciences et de l’Enseignement supérieur de la Fédération de Russie.

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