⚡ Oscillations de plasma — Ondes de Langmuir

La fréquence plasma ω_p = √(n·e²/(ε₀·mₑ)) est le taux naturel auquel les électrons déplacés oscillent autour du fond ionique neutralisant. Elle ne dépend que de la densité électronique n, pas de la longueur d'onde, si bien que dans un plasma froid chaque onde de Langmuir résonne à la même fréquence. C'est aussi une coupure : les ondes électromagnétiques de fréquence inférieure à ω_p ne peuvent pas se propager dans le plasma et sont réfléchies à la place.

Le curseur Densité de plasma n met directement à l'échelle ω_p, puisque dans les unités normalisées de la simulation ω_p = √n. Augmenter n élève la fréquence plasma et accélère l'oscillation visible de l'onde de densité, exactement comme le fait une densité électronique plus élevée dans un plasma réel.

Pour un plasma chaud, le mouvement thermique des électrons modifie la fréquence d'oscillation selon ω² = ω_p² + 3k²v_th², où v_th est la vitesse thermique et k le nombre d'onde. Augmenter le curseur Température accroît v_th, ce qui élève l'ω affiché au-dessus de ω_p et ajoute une lente décroissance d'enveloppe à l'onde, faisant écho à la façon dont l'amortissement de Landau atténue les oscillations réelles d'un plasma chaud.

Lorsque les électrons s'écartent des ions positifs fixes, la charge ionique exposée crée un champ électrique de rappel qui ramène les électrons, un peu comme un ressort. Comme les ions sont bien plus massifs que les électrons, ils restent essentiellement fixes à l'échelle de temps de l'oscillation électronique, si bien que cette force de rappel continue de faire aller et venir le nuage électronique plutôt que de le laisser se disperser.

Cette visualisation est un shader WebGL en temps réel qui reproduit les bonnes relations physiques — la formule de la fréquence plasma et la relation de dispersion de Bohm-Gross pilotent toutes deux directement l'animation — plutôt qu'un code particle-in-cell complet à N particules intégrant les trajectoires individuelles des électrons. Elle est conçue pour développer l'intuition sur la façon dont la densité, le nombre d'onde et la température contrôlent l'oscillation, en utilisant les mêmes équations qu'un solveur PIC respecterait.