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L'horloge atomique craint la chaleur...

ActualitéClassé sous :physique , horloge atomique , cesium 133

Quand on veut connaître l'heure, on se pose rarement la question du temps qu'il fait. Et pourtant, dans le monde de l'infiniment petit (et précis), il y peut y avoir un rapport (autre que celui du vocabulaire)...

Les constants fondamentales de l'univers changeraient-elles ?

Dans la vie de tous les jours, pas de problème : au pôle Nord comme dans le Sahara, une seconde vaut une seconde. Mais dans le monde tellement précis du temps « atomique », en particulier pour les systèmes de navigation qui utilisent le GPS, les scientifiques savent que la température peut influer sur l'étalon de temps...

La seconde est définie comme le nombre de périodes de la radiation qui correspond à la transition entre deux niveaux d'énergie de l'atome de Césium 133 : 9 192 631 770. Les horloges atomiques actuelles, à base de l'isotope 133Cs, affichent une précision de 10-15 , soit moins d'une seconde sur 30 millions d'années. Mais il existe un minuscule décalage de fréquence bien connu, dû à la radiation dite de corps noir. En résumé, un corps noir parfait, et plus généralement tout corps émet des rayonnements lorsqu'on le chauffe : sa température augmente et la longueur d'onde du pic spectral qui le caractérise se déplace vers les couleurs bleues. Ainsi, mieux l'on connaît ce décalage spectral pour le Césium, et plus on améliorera la précision de l'étalon. Jusqu'ici, les scientifiques n'ont pas réussi à s'accorder, l'écart entre les mesures étant d'environ 10%... Et du coup, les horloges atomiques sont incertaines.

Bien sûr, il suffirait de placer l'atome à zéro Kelvin pour régler le problème et savoir exactement quelle heure il est. Mais c'est impossible. D'où l'intérêt des résultats de Kyle Beloy, Ulyana Safronova et Andrei Derevianko de l'Université du Nevada d'un côté, et de ceux d'Elizabeth Angstmann, Vladimir Dzuba et Victor Flambaum à l'Université de New South Wales de l'autre : les différences entre les précédentes estimations du décalage spectral seraient dues à des états d'énergie intermédiaires de l'atome de césium non pris en compte.

L'horloge gagne un ordre de magnitude

Pour le Nevada, l'incertitude sur le décalage est portée à 6 x 10-17 , ce qui améliore d'un ordre de magnitude, c'est-à-dire un facteur 10, la précision des horloges à température ambiante (1). Pour la Nouvelle Galles du Sud, les conclusions sont les mêmes, bien qu'ayant utilisé une méthode différente (2) .

Dans les deux cas, cela ramène aussi au vaste sujet de la mesure plus précise des constantes fondamentales.

(1) "High-Accuracy Calculation of the Blackbody Radiation Shift in the 133Cs Primary Frequency Standard", K. Beloy, U. I. Safronova, and A. Derevianko, Phys. Rev. Lett. 97, 040801 (2006)
(2) "Frequency Shift of the Cesium Clock Transition due to Blackbody Radiation", E. J. Angstmann, V. A. Dzuba, and V. V. Flambaum, Phys. Rev. Lett. 97, 040802 (2006)

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