L'horloge la plus exacte au monde
L'année dernière, l'observatoire de Paris a battu tous les records de précision des montres au Laboratoire de Base de Temps et de Fréquence (LPTF). Par l'horloge atomique qu'ils ont préparé, ils ont atteint une précision de 10-15 secondes, la femtoseconde. Cet intervalle de temps très réduit peut être exprimé autrement: 0,000 000 000 000 000 001 secondes. Prendre conscience d'un temps si court n'est pas facile, bien sûr, puisque la quinade nerveuse qui s'étend à la vitesse de la lumière a besoin à la fois pour se déplacer dans le neurone.
Dans le laboratoire LPTF de Paris, Michel Granveaud et son équipe se consacrent principalement à la préparation de montres atomiques de césium, et le résultat de leur travail a été d'obtenir la montre la plus précise du monde, même si d'autres le font également dans le monde. Aux États-Unis, des personnes travaillant au NIST (National Institute of Standards and Technology), des Japonais, des Allemands, etc. ont réussi à s'approcher jusqu'à 10-14 s. C'est aussi un autre laboratoire en France dédié à l'horloge atomique, celui d'Orsay. Cette montre est fondamentalement identique au reste, mais elle remplace les atomes de césium par des ions de calcium. En fait, les particules chargées peuvent être plus faciles à manipuler par des champs électromagnétiques. En outre, la fréquence de transition choisie dans l'ion de calcium se trouve dans le champ visible en rouge.
Qu'est-ce que le second et pourquoi
Quand on se demandait ce qu'était le deuxième jusqu'à il y a quelques années, la réponse était celle de soixante de la minute ou celle de 3.600 de l'heure. Cependant, en 1967 la définition du second a changé. Comme approuvé par l'Assemblée générale des mesures et poids, la définition du second est l'intervalle de temps de 9 192 631 770 périodes de rayonnement transitoire entre les deux niveaux hyperfins de l'état énergétique de base de l'atome de césium 133. Autrement dit, le nouveau modèle de mesure du temps est la période de l'onde émise en passant un électron dans l'atome de césium d'une couche d'énergie à une autre plus interne.
Le temps atomique international est calculé au Bureau des Mesures et des Poids de Sèves à Paris à partir de la moyenne de 250 horloges atomiques répartis dans le monde. Il faut se rappeler que la montre atomique peut avoir un retard ou une avance maximale de 0.0001 secondes après mille ans.
Plus d'un demandera à quoi sert une définition et une montre si précise du second, et la réponse est aux besoins des nouvelles technologies et de la recherche de base. Le temps et l'espace sont des concepts liés entre eux. Par exemple, par le satellite et l'horloge atomique, un point de la terre peut être localisé très précisément.
Il est calculé en fonction du temps que la lumière prend à courir. Par conséquent, plus la précision de l'horloge est élevée, plus le point du sol est précis. Les 24 satellites à 20.000 kilomètres d'altitude ont une précision d'un mètre pour placer des points terrestres via le système GPS (Global Posityonning System) et des montres atomiques dans des applications militaires et de 10 mètres dans des applications civiles. Si les horloges atomiques étaient comme celles de l'observatoire de Paris, la précision serait la dixième partie du millimètre. Ce système GPS est utilisé pour mesurer les tremblements de terre, détecter les voitures de rallye Paris-Dakar ou mesurer la dérive continentale.
Recherche des ondes gravitationnelles
Beaucoup de grandes découvertes scientifiques ont été produites grâce à l'avancement de la mesure du temps: En 1676, par exemple, on a découvert que la vitesse de la lumière avait une valeur finie et qu'en 1937 la rotation de la Terre était irrégulière. En 1983 le métro a été autrement défini comme la distance que la lumière parcourait dans le vide 1/299 792 458 secondes.
Aujourd'hui, cependant, les chercheurs cherchent des montres plus précises pour détecter les célèbres «ondes gravitationnelles» annoncées par Einstein en 1916. Ces ondes émettront des masses accélérées, de même que la particule chargée en mouvement émet des ondes électromagnétiques. Si on trouvait des ondes gravitationnelles, en plus de confirmer la Théorie de la Relativité, les lois de gravitation et d'électromagnétisme s'uniraient.
Les impulsions ou pulsations des pulsars semblent confirmer l'existence d'ondes gravitationnelles. Les pulsars sont des étoiles à neutrons qui tournent plus de cent tours par seconde autour de leur axe. Les ondes gravitationnelles provoquent des hauts et des bas dans les signaux émis par les pulsars, mais ces infinitésimaux ne peuvent pas être détectés s'il ne s'agit pas de montres de précision extrême.
Comment fonctionne la montre atomique ?Dans les horloges atomiques, on peut dire que le pendule est remplacé par un générateur d'ondes. L'onde a des pics et des dépressions et la période est le temps qui passe d'un point jusqu'à ce que le suivant arrive. La période peut donc représenter l'unité de temps, mais il faut une onde avec une période régulière et stable. Pour cela, l'atome de césium est généralement pris. Lorsqu'une certaine longueur d'onde (correspondant à une fréquence de 9,192 631 770 GHz) est excitée, le niveau énergétique change. Plus la proportion d'atomes excités est élevée, plus on s'approche de cette longueur d'onde (et donc de la période idéale ou de la miniunité du temps). Par conséquent, le générateur d'ondes est régulé de façon à obtenir autant que possible d'atomes de césium excités. De cette façon, la montre a une précision de 10 à 15”. Dans la zone 1 de la montre, il y a un césium, généralement un métal solide. D'abord il devient gaz. Au début, les atomes sont placés au même niveau énergétique de base, puis refroidis par des rayons laser jusqu'à un microcelvin (très proche du zéro absolu). Le refroidissement des atomes réduit leur vitesse et diminue de 100 m/s avant environ cm/s. Plus tard, dans la zone 2, les atomes de césium sont envoyés aux micro-ondes émises par un générateur de quartz et certains sont excités. Les atomes tombent et passent par un détecteur dans la zone 3. Compte tenu du nombre d'atomes excités, la période du générateur est réglée pour que les ondes émises excitent le plus grand nombre possible d'atomes. On mesure alors la période d'onde et on multiplie par 9 192 631 770 en donnant la seconde de l'horloge. |
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