La matière exposée à un laser à ultra-haute intensité devient plasma et des électrons peuvent y être accélérés à des vitesses relativistes en quelques attosecondes (10^-18 s) seulement ! Une nouvelle physique, fortement non linéaire et hors équilibre, se révèle ainsi à mesure que la puissance et la qualité des lasers à impulsions ultra-courtes augmente.

Or le passage du térawatt (10¹² W) au pétawatt (10¹⁵ W) n'est pas sans incidence sur la modélisation de ces phénomènes. Les codes Particle in Cell utilisés jusqu'à présent ne permettent plus de décrire les nouveaux régimes pétawatt d'interaction laser-plasma. En effet, les nombreux artefacts numériques qui apparaissent ne peuvent plus être éliminés en augmentant la résolution des calculs.

Des chercheurs ont donc développé une nouvelle génération de codes, utilisant des solveurs plus précis et massivement parallèles, pouvant gérer jusqu'à un million de cœurs, et ont pu l'exploiter à très grande échelle sur la machine Mira de 10 pétaflops (floating-point operations per second), à Argonne National Laboratory (États-Unis). À résolution identique, ils calculent une interaction laser-solide 500 fois plus rapidement que précédemment.

Des simulations en régime pétawatt réalisées avec ce code révèlent des phénomènes inédits en térawatt : une impulsion laser réfléchie sur une surface solide (« miroir plasma ») est 500 fois plus intense qu'attendu. Ce gain s'explique par la combinaison d'un effet Doppler dû au plasma oscillant (× 5) et d'une focalisation par une courbure additionnelle du miroir plasma (× 100).

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le Lawrence Berkeley National Laboratory (États-Unis).