WaRP : « Propagation dans les plasmas en rotation »

(Oct.2021-Août 2026)

Contact : Renaud Gueroult

Les propriétés de propagation d’une onde dans un milieu en mouvement différent de celles dans un milieu au repos. Une onde se propageant dans un diélectrique isotrope en rotation subit par exemple à la fois à une rotation de la polarisation et de l’image, qui correspondent à un déphase entre respectivement les composantes de moment angulaire de spin (SAM) et de moment angulaire orbitale (OAM) de cette onde. Un plasma magnétise´ en rotation diffère d’un diélectrique classique en ce que la rotation de la polarisation peut ici résulter de deux contributions distinctes: un effet magnéto-optique (rotation de Faraday) et un effet mécano-optique (dû à la rotation du plasma). Un plasma en rotation pourrait par ailleurs offrir de nouvelles opportunités pour transformer SAM en OAM, et vice-versa. Comprendre ces mécanismes et leurs implications revêt un intérêt fondamental, mais aussi pour diverses applications telles que la physique des pulsars ou la manipulation de la lumière.

Au niveau théorique, l’objectif de ce projet consistera à dériver un jeux d’équations de dispersion caractérisant la propagation d’une onde dans un plasma en rotation. On partira pour cela de cas particuliers, notamment le cas simple sans OAM dans une configuration alignée sur lequel nous avons récemment travaillé, pour progressivement inclure différents raffinements – en particulier les effets de SAM et OAM ainsi que différents effets géométriques – et tendre vers le modèle le plus général possible. Ces résultats théoriques nous permettront alors d’étudier plus spécifiquement deux problèmes pratiques.

Un premier problème étudié ici concerne la possibilité de mesurer ces effets de rotation dans une expérience de laboratoire. Nos résultats préliminaires suggèrent qu’il pourrait en effet être possible de séparer l’effet de rotation mécanique de la rotation Faraday sur la polarisation d’une onde dans un plasma en tirant parti de forts champs magnétiques (plusieurs dizaines voire centaines de Teslas). Un environnement relativement unique permettant d’obtenir de tels champs magnétiques est celui des plasmas à haute densité d’énergie, et un objectif de ce projet sera ainsi de confirmer en collaboration avec des spécialistes de ces plasmas la possibilité de mesurer expérimentalement cet effet dans ces conditions singulières.

En parallèle à ces travaux les effets de rotation dans un plasma sur terre, un second problème proposé à l’étude dans ce projet concerne l’effet de la rotation mécanique de la magnétosphère entourant les pulsars sur les propriétés de polarisation du signal reçu. On s’attachera ici notamment a` étudier, en collaboration avec des astronomes spécialisés dans l’observation des pulsars, dans quelle mesure la prise en compte de l’inclinaison entre champ magnétique et axe de rotation – propriété essentielle à l’émission des pulsars – dans un modèle de propagation en présence de rotation pourrait permettre d’expliquer certaines observations polarimétriques, et par là-même de confirmer notre conjecture théorique selon laquelle la polarisation du signal d’un pulsar pourrait offrir un moyen unique de déterminer son sens de rotation.

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