Publicités

L’horloge atomique la plus précise jamais réalisée est un cube de gaz quantique

L’horloge atomique la plus précise jamais réalisée est un cube de gaz quantique

Ce n’est pas trop tôt. L’horloge atomique la plus précise jamais réalisée a été créée en disposant les atomes de strontium dans un motif en forme de grille, puis en empilant ces grilles comme des crêpes. La plupart des horloges atomiques utilisent les atomes de l’isotope césium-133.

Le tic-tac du temps est mesuré à travers les micro-ondes émises par les électrons autour de ces atomes qui sautent d’une orbite inférieure à une orbite plus élevée car ils absorbent puis perdent l’énergie d’un laser.

Mais ces horloges sont limitées dans la précision avec laquelle elles peuvent diviser le temps parce que les électrons de césium ont une limite de vitesse: elles ne peuvent que sauter 9 milliards de fois par seconde (…). Les électrons des atomes de strontium peuvent effectuer la transition près d’un million de milliards de fois par seconde.

« En 2014, l’horloge optique la plus précise du monde ne perdait ni gagnait une seconde dans tout l’âge de l’univers « , déclare Jun Ye à l’Université du Colorado à Boulder.
Les horloges à césium précédentes ont conservé le temps avec précision jusqu’à une seconde près pendant 300 millions d’années. Aujourd’hui, le groupe de Ye a construit une horloge au strontium qui est si précise que sur chaque quintillion de 10 tics seulement 3,5 pourraient être désynchronisés – la première horloge atomique à atteindre ce niveau de précision.

Contrôle des atomes

Pour construire une horloge plus précise, Ye et son équipe ont conçu une structure 3D qui leur permet de mesurer les signaux de plusieurs atomes à la fois dans la largeur du faisceau laser. Mais s’il y en a trop, le signal peut être brouillé par des collisions entre atomes.
Le réseau a permis aux chercheurs d’étudier des atomes beaucoup plus compacts – 10 trilliards d’atomes par centimètre cube par rapport aux horloges précédentes de 10 milliards d’atomes par centimètre cube – et de mieux contrôler les interactions de ces atomes, en minimisant la fréquence à laquelle ils s’entrechoquent.
Ils ont refroidi les atomes à -273°C et ont piégé chacun d’eux sur place pour contrôler les interactions entre eux. Imaginez le scénario où vous avez un logement pour une seule personne dans un pâté de maisons. « Une personne vit dans chaque maison et les voisins ne sont jamais autorisés à y entrer « , dit Ye. « Chaque atome correspond à un site particulier. » Ye dit que les températures ultrafroides transforment les atomes en gaz quantique. Lorsque les atomes en phase gazeuse sont très chauds, ils se séparent et entrent en collision les uns avec les autres « , dit-il. « Cela change si la température du gaz baisse, ces particules commencent alors à bouger comme des ondes – elles commencent à s’éviter les une les autres. »

Le temps nous dira

Des horloges plus précises nous permettront de tester des théories comme la relativité générale d’Einstein – qui dit que les horloges fonctionnent différemment si elles subissent des forces gravitationnelles différentes – et de rechercher des ondes gravitationnelles qui modifient le passage du temps dans l’espace profond.

« Bien qu’il s’agisse de l’horloge atomique la plus précise jamais réalisée, elle n’a pas fonctionné assez longtemps pour confirmer sa précision dans le temps », dit Ye. Christian Lisdat, du Physikalisch-Technische Bundesanstalt en Allemagne, s’intéresse à la manière dont l’agencement du réseau 3D influencera la précision de l’horloge, mais il est convaincu que les résultats sont solides. C’est une démonstration impressionnante de ce que l’on peut faire « , dit Lisdat.

Dingue….

A voir DOI: 10.1126/science.aam5538

Publicités

1 comment

Laisser un commentaire

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.

%d blogueurs aiment cette page :