Near-monochromatic high-harmonic radiation from relativistic laser-plasma interactions with blazed grating surfaces

Intense, femtosecond laser interactions with blazed grating targets are studied through experiment and particle-in-cell (PIC) simulations. The high harmonic spectrum produced by the laser is angularly dispersed by the grating leading to near-monochromatic spectra emitted at different angles, each dominated by a single harmonic and its integer-multiples. The spectrum emitted in the direction of the third-harmonic diffraction order is measured to contain distinct peaks at the 9th and 12th harmonics which agree well with two-dimensional PIC simulations using the same grating geometry. This confirms that surface smoothing effects do not dominate the far-field distributions for surface features with sizes on the order of the grating grooves whilst also showing this to be a viable method of producing near-monochromatic, short-pulsed extreme-ultraviolet radiation.

A table-top laser-based source of short, collimated, ultra-relativistic positron beams

An ultra-relativistic electron beam passing through a thick, high-Z solid target triggers an electromagnetic cascade, whereby a large number of high energy photons and electron-positron pairs are produced. By exploiting this physical process, we present here the first experimental evidence of the generation of ultra-short, highly collimated and ultra-relativistic positron beams following the interaction of a laser-wake field accelerated electron beam with high-Z solid targets. Clear evidence has also been obtained of the generation of GeV electron-positron jets with variable composition depending on the solid target material and thickness. The percentage of positrons in the overall leptonic beam has been observed to vary from a few per cent up to almost fifty per cent, implying a quasi-neutral electron-positron beam. We anticipate that these beams will be of direct relevance to the laboratory study of astrophysical leptonic jets and their interaction with the interstellar medium.

X-ray laser-induced ablation of lead compounds

The recent commissioning of a X-ray free-electron laser triggered an extensive research in the area of X-ray ablation of high-Z, high-density materials. Such compounds should be used to shorten an effective attenuation length for obtaining clean ablation imprints required for the focused beam analysis. Compounds of lead (Z=82) represent the materials of first choice. In this contribution, single-shot ablation thresholds are reported for PbWO4 and PbI2 exposed to ultra-short pulses of extreme ultraviolet radiation and X-rays at FLASH and LCLS facilities, respectively. Interestingly, the threshold reaches only 0.11 J/cm(2) at 1.55 nm in lead tungstate although a value of 0.4 J/cm(2) is expected according to the wavelength dependence of an attenuation length and the threshold value determined in the XUV spectral region, i.e., 79 mJ/cm(2) at a FEL wavelength of 13.5 nm. Mechanisms of ablation processes are discussed to explain this discrepancy. Lead iodide shows at 1.55 nm significantly lower ablation threshold than tungstate although an attenuation length of the radiation is in both materials quite the same. Lower thermal and radiation stability of PbI2 is responsible for this finding.

Transport of laser accelerated proton beams and isochoric heating of matter

The acceleration of intense proton and ion beams by ultra-intense lasers has matured to a point where applications in basic research and technology are being developed. Crucial for harvesting the unmatched beam parameters driven by the relativistic electron sheath is the precise control of the beam. We report on recent experiments using the PHELIX laser at GSI, the VULCAN laser at RAL and the TRIDENT laser at LANL to control and use laser accelerated proton beams for applications in high energy density research. We demonstrate efficient collimation of the proton beam using high field pulsed solenoid magnets, a prerequisite to capture and transport the beam for applications. Furthermore we report on two campaigns to use intense, short proton bunches to isochorically heat solid targets up to the warm dense matter state. The temporal profile of the proton beam allows for rapid heating of the target, much faster than the hydrodynamic response time thereby creating a strongly coupled plasma at solid density. The target parameters are then probed by X-ray Thomson scattering (XRTS) to reveal the density and temperature of the heated volume. This combination of two powerful techniques developed during the past few years allows for the generation and investigation of macroscopic samples of matter in states present in giant planets or the interior of the earth.

Ultrafast charge dynamics in an amino acid induced by attosecond pulses

In the past few years, attosecond techniques have been implemented for the investigation of ultrafast dynamics in molecules. The generation of isolated attosecond pulses characterized by a relatively high photon flux has opened up new possibilities in the study of molecular dynamics. In this paper, we report on experimental and theoretical results of ultrafast charge dynamics in a biochemically relevant molecule, namely, the amino acid phenylalanine. The data represent the first experimental demonstration of the generation and observation of a charge migration process in a complexmolecule, where electron dynamics precede nuclear motion. The application of attosecond technology to the investigation of electron dynamics in biologically relevant molecules represents a multidisciplinary work, which can open new research frontiers: those in which few-femtosecond and even subfemtosecond electron processes determine the fate of biomolecules. It can also open new perspectives for the development of new technologies, for example, in molecular electronics, where electron processes on an ultrafast temporal scale are essential to trigger and control the electron current on the scale of the molecule.

Gamma-ray emission in near critical density plasmas at laser intensities of 1021 W/cm2

We study synchrotron radiation emission from laser interaction with near critical density (NCD) plasmas at intensities of 1021 W∕cm2 using three-dimensional particle-in-cell simulations. It is found that the electron dynamics depend on the laser shaping process in NCD plasmas, and thus the angular distribution of the emitted photons changes as the laser pulse evolves in space and time. The final properties of the resulting synchrotron radiation, such as its overall energy, the critical photon energy, and the radiation angular distribution, are strongly affected by the laser polarization and plasma density. By using a 420 TW∕50 fs laser pulse at the optimal plasma density (∼1nc ), about 108 photons/0.1% bandwidth are produced at multi-MeV photon energies, providing a route to ultraintense, femtosecond gamma ray pulses.

Guided post-acceleration of laser-driven ions by a miniature modular structure

All-optical approaches to particle acceleration are currently attracting a significant research effort internationally. Although characterized by exceptional transverse and longitudinal emittance, laser-driven ion beams currently have limitations in terms of peak ion energy, bandwidth of the energy spectrum and beam divergence. Here we introduce the concept of a versatile, miniature linear accelerating module, which, by employing laser-excited electromagnetic pulses directed along a helical path surrounding the laser-accelerated ion beams, addresses these shortcomings simultaneously. In a proof-of-principle experiment on a university-scale system, we demonstrate post-acceleration of laser-driven protons from a flat foil at a rate of 0.5 GeVm^-1, already beyond what can be sustained by conventional accelerator technologies, with dynamic beam collimation and energy selection. These results open up new opportunities for the development of extremely compact and cost-effective ion accelerators for both established and innovative applications.

Towards a spectroscopically accurate set of potentials for heavy hydride laser cooling candidates: effective core potential calculations of BaH

BaH (and its isotopomers) is an attractive molecular candidate for laser cooling to ultracold temperatures and a potential precursor for the production of ultracold gases of hydrogen and deuterium. The theoretical challenge is to simulate the laser cooling cycle as reliably as possible and this paper addresses the generation of a highly accurate ab initio $^{2}\Sigma^+$ potential for such studies. The performance of various basis sets within the multi-reference configuration-interaction (MRCI) approximation with the Davidson correction (MRCI+Q)is tested and taken to the Complete Basis Set (CBS) limit. It is shown that the calculated molecular constants using a 46 electron Effective Core-Potential (ECP) and even-tempered augmented polarized core-valence basis sets (aug-pCV$n$Z-PP, n= 4 and 5) but only including three active electrons in the MRCI calculation are in excellent agreement with the available experimental values. The predicted dissociation energy De for the X$^2\Sigma^+$ state (extrapolated to the CBS limit) is 16895.12 cm$^{-1}$ (2.094 eV), which agrees within 0.1$\%$ of a revised experimental value of <16910.6 cm$^{-1}$, while the calculated re is within 0.03 pm of the experimental result.

Etude de la structuration laser femtoseconde multi-échelle de verres d’oxydes dopés à l’argent

La structuration laser femtoseconde de verres d’oxydes est aujourd’hui un domaine de recherche en pleine expansion. L’interaction laser-matière est de plus en plus utilisée pour sa facilité de mise en œuvre et les nombreuses applications qui découlent de la fabrication des composants photoniques, déjà utilisés dans l’industrie des hautes technologies. En effet, un faisceau d’impulsions ultracourtes focalisé dans un matériau transparent atteint une intensité suffisante pour modifier la matière en trois dimensions sur des échelles micro et nanométriques. Cependant, l’interaction laser-matière à ces régimes d’intensité n’est pas encore complètement maîtrisée, et les matériaux employés ne sont pas entièrement adaptés aux nouvelles applications photoniques. Par ce travail de thèse, nous nous efforçons donc d’apporter des réponses à ces interrogations. Le mémoire est articulé autour de deux grands volets. Le premier aborde la question de l’interaction de surface de verres avec de telles impulsions lumineuses qui mènent à l’auto-organisation périodique de la matière structurée. L’influence du dopage en ions photosensibles et des paramètres d’irradiation est étudiée afin d’appuyer et de conforter le modèle d’incubation pour la formation de nanoréseaux de surface. À travers une approche innovante, nous avons réussi à apporter un contrôle de ces structures nanométriques périodiques pour de futures applications. Le second volet traite de cristallisation localisée en volume induite en grande partie par l’interaction laser-matière. Plusieurs matrices vitreuses, avec différents dopages en sel d’argent, ont été étudiées pour comprendre les mécanismes de précipitation de nanoparticules d’argent. Ce travail démontre le lien entre la physicochimie de la matrice vitreuse et le caractère hors équilibre thermodynamique de l’interaction qui influence les conditions de nucléation et de croissance de ces nano-objets. Tous ces résultats sont confrontés à des modélisations de la réponse optique du plasmon de surface des nanoparticules métalliques. Les nombreuses perspectives de ce travail ouvrent sur de nouvelles approches quant à la caractérisation, aux applications et à la compréhension de l’interaction laser femtoseconde pour l’inscription directe de briques photoniques dans des matrices vitreuses.

Dimensions des représentations du concept de Temps dans treize classes du préscolaire et du premier cycle du primaire au Québec

Depuis la rentrée scolaire de septembre 2002, les écoles primaires québécoises doivent composer avec une nouvelle organisation des programmes ainsi qu’avec de nouveaux contenus. Au premier cycle, en univers social, la compétence visée est « Construire sa représentation de l’espace, du temps et de la société » (MEQ, 2001). Or, nous savons que, pour bâtir un enseignement qui a pour but de guider un individu dans la construction de sa représentation, il est nécessaire d’avoir conscience de ses représentations initiales de l’objet. Mais, quelles sont les représentations du temps des élèves de maternelle et de premier cycle du primaire au Québec? C’est la question que nous nous posons dans cette thèse. Pour y répondre, nous avons cherché à circonscrire le temps dont il est question en proposant une réflexion théorique sur son essence et en analysant les sens qu’il prend dans le programme. Puis, nous avons mis en place une méthodologie et les outils lui étant nécessaires pour dégager les dimensions de représentations présentes dans les discours de 164 sujets de maternelle, de première et de deuxième année, répartis sur 13 classes d’écoles de la grande région montréalaise. À l’issue de cette recherche, nous pouvons proposer aux chercheurs et aux enseignants une nouvelle liste de dimensions de représentations du temps adaptée au contexte québécois actuel. Cette liste nous permet de dépeindre le paysage des représentations du temps des élèves des classes que nous avons visitées. Enfin, riche de nos résultats, nous pouvons émettre quelques remarques et principes pour l’enseignement du temps en classe.

Vieillissement démographique et gestion des sociétés vieillissantes des Caraïbes dans le contexte du premier cycle d'évaluation du Plan d'action international de Madrid

La dynamique démographique ayant cours au sein de la région des Caraïbes est très particulière, notamment par la rapidité avec laquelle la population vieillit, un rythme des plus élevés par rapport aux autres régions du monde. Les enjeux cruciaux que sont ceux d’assurer la qualité de vie des aînés d’aujourd’hui et de demain ainsi qu’une gestion efficace de ces sociétés vieillissantes se doivent d’être abordés et pris en compte. Le présent mémoire diffuse les résultats d'une analyse ciblée des caractéristiques sociodémographiques des personnes âgées de quatre États des Caraïbes (Antigua-et-Barbuda, Sainte-Lucie, Saint-Vincent-et-les-Grenadines et Trinité-et-Tobago) à partir des données de leur plus récent recensement. Ce portrait met une emphase particulière sur les conditions de vie, la santé et la participation sur le marché du travail des personnes âgées, soit sur les grands thèmes des trois objectifs du Plan d’action international sur le vieillissement de Madrid. Par ailleurs, un regard est posé sur les effets des cinq premières années en vigueur du Plan de Madrid sur les populations caribéennes. Les informations obtenues à la suite d’interviews effectués auprès de personnes contacts de quelques pays caribéens sont synthétisées et identifient les efforts déployés principalement par les gouvernements pour inclure les objectifs du Plan de Madrid et autres enjeux du vieillissement démographique dans les mécanismes et les politiques de développement social et économique ainsi que ceux de respect des droits humains.

Implication de la voie ERK3/4-MK5 dans la phase G2/M du cycle cellulaire

La division cellulaire est influencée par les différents stimuli provenant de l’extérieur ou de l’intérieur de la cellule. Plusieurs réseaux enzymatiques élaborés au cours de l’évolution relayent l’information générée par ces signaux. Les modules MAP kinases sont extrêmement importants au sein de la cellule. Chez l’humain, 14 MAP kinases sont regroupées en sept voies distinctes intervenant dans le contrôle d’une myriade de processus cellulaires. ERK3/4 sont des homologues de ERK1/2 pour lesquelles on ne connaît que très peu de choses concernant leurs fonctions et régulation. Ces MAP kinases sont dites atypiques puisqu’elles ont des particularités structurales et des modes de régulation qui diffèrent des autres MAP kinases classiques. Ainsi, notre laboratoire a démontré que l’activité de ERK3 est régulée par le système ubiquitine-protéasome et qu’elle pourrait avoir un rôle à jouer dans le contrôle de la différenciation et la prolifération cellulaire. La première étude présentée décrit la régulation de ERK3 au cours du cycle cellulaire. Nous avons observé que ERK3 est hyperphosphorylée et s’accumule spécifiquement au cours de la mitose. Des analyses de spectrométrie de masse ont mené à l’identification de quatre sites de phosphorylation situés à l’extrémité du domaine C-terminal. Nous avons pu démontrer que la kinase mitotique CDK1/cycline B phosphoryle ces sites et que les phosphatases CDC14A et CDC14B les déphosphorylent. Finalement, nous démontrons que la phosphorylation mitotique de ERK3 a pour effet de la stabiliser. Au début de mes études doctorales, la kinase MK5 fut identifiée comme premier partenaire et substrat de ERK3. MK5 a très peu de fonctions connues. Des données dans la littérature suggèrent qu’elle peut moduler le cycle cellulaire dans certaines conditions. Par exemple, MK5 a récemment été identifié comme inducteur de la sénescence induite par l’oncogène Ras. Dans la deuxième étude, nous décrivons une nouvelle fonction de MK5 dans le contrôle du cycle cellulaire. Nous démontrons par des expériences de gain et perte de fonction que MK5 ralentit l’entrée en mitose suite à un arrêt de la réplication. Cette fonction est dépendante de l’activité enzymatique de MK5 qui régule indirectement l’activité de CDK1/cycline B. Finalement, nous avons identifié Cdc25A comme un nouveau substrat in vitro de MK5 dont la surexpression supprime l’effet de MK5 sur l’entrée en mitose. En conclusion, nos résultats décrivent un nouveau mécanisme de régulation de ERK3 au cours de la mitose, ainsi qu’une nouvelle fonction pour MK5 dans le contrôle de l’entrée en mitose en réponse à des stress de la réplication. Ces résultats démontrent pour la première fois l’implication de ces protéines au cours de la transition G2/M. Nos travaux établissent de nouvelles pistes d’études pour mieux comprendre les rôles encore peu définis des kinases ERK3/4-MK5.

Le développement d’une séquence d’enseignement/apprentissage basée sur l’histoire de la numération pour des élèves du troisième cycle du primaire

Notre contexte pratique — nous enseignons à des élèves doués de cinquième année suivant le programme international — a grandement influencé la présente recherche. En effet, le Programme primaire international (Organisation du Baccalauréat International, 2007) propose un enseignement par thèmes transdisciplinaires, dont un s’intitulant Où nous nous situons dans l’espace et le temps. Aussi, nos élèves sont tenus de suivre le Programme de formation de l’école québécoise (MÉLS Ministère de l'Éducation du Loisir et du Sport, 2001) avec le développement, notamment, de la compétence Résoudre une situation-problème et l’introduction d’une nouveauté : les repères culturels. Après une revue de la littérature, l’histoire des mathématiques nous semble tout indiquée. Toutefois, il existe peu de ressources pédagogiques pour les enseignants du primaire. Nous proposons donc d’en créer, nous appuyant sur l’approche constructiviste, approche prônée par nos deux programmes d’études (OBI et MÉLS). Nous relevons donc les avantages à intégrer l’histoire des mathématiques pour les élèves (intérêt et motivation accrus, changement dans leur façon de percevoir les mathématiques et amélioration de leurs apprentissages et de leur compréhension des mathématiques). Nous soulignons également les difficultés à introduire une approche historique à l’enseignement des mathématiques et proposons diverses façons de le faire. Puis, les concepts mathématiques à l’étude, à savoir l’arithmétique, et la numération, sont définis et nous voyons leur importance dans le programme de mathématiques du primaire. Nous décrivons ensuite les six systèmes de numération retenus (sumérien, égyptien, babylonien, chinois, romain et maya) ainsi que notre système actuel : le système indo-arabe. Enfin, nous abordons les difficultés que certaines pratiques des enseignants ou des manuels scolaires posent aux élèves en numération. Nous situons ensuite notre étude au sein de la recherche en sciences de l’éducation en nous attardant à la recherche appliquée ou dite pédagogique et plus particulièrement aux apports des recherches menées par des praticiens (un rapprochement entre la recherche et la pratique, une amélioration de l’enseignement et/ou de l’apprentissage, une réflexion de l’intérieur sur la pratique enseignante et une meilleure connaissance du milieu). Aussi, nous exposons les risques de biais qu’il est possible de rencontrer dans une recherche pédagogique, et ce, pour mieux les éviter. Nous enchaînons avec une description de nos outils de collecte de données et rappelons les exigences de la rigueur scientifique. Ce n’est qu’ensuite que nous décrivons notre séquence d’enseignement/apprentissage en détaillant chacune des activités. Ces activités consistent notamment à découvrir comment différents systèmes de numération fonctionnent (à l’aide de feuilles de travail et de notations anciennes), puis comment ces mêmes peuples effectuaient leurs additions et leurs soustractions et finalement, comment ils effectuaient les multiplications et les divisions. Enfin, nous analysons nos données à partir de notre journal de bord quotidien bonifié par les enregistrements vidéo, les affiches des élèves, les réponses aux tests de compréhension et au questionnaire d’appréciation. Notre étude nous amène à conclure à la pertinence de cette séquence pour notre milieu : l’intérêt et la motivation suscités, la perception des mathématiques et les apprentissages réalisés. Nous revenons également sur le constructivisme et une dimension non prévue : le développement de la communication mathématique.

L'apprentissage de l'approche systémique familiale dans la formation universitaire de premier cycle en sciences infirmières

Rapport de stage présenté à la Faculté des sciences infirmières en vue de l'obtention du grade de Maître ès sciences (M.Sc.) en sciences infirmières option expertise-conseil en soins infirmiers

Amputations : Un cycle de l’éthique médicale

Full Text / Article complet