Tics dans un atome
L'oscillation des atomes de césium marque le temps officiel de tous les États du monde. En Europe, par exemple, ce travail est réalisé par un réseau de montres atomiques. Ce sont environ 300 montres, dont les plus importantes sont celles du PTB allemand, le Centre allemand de métrologie.
La vérité est qu'il ya un décalage de 33 secondes entre le temps officiel qui prend ce réseau et les temps utilisés dans la pratique, en raison de l'introduction de montres atomiques.
Le réseau de montres atomiques consacre un temps appelé International Atomic Time, le temps atomique international. « C'est la meilleure échelle de temps offerte par l'homme », affirme Robert Wynands, expert du PTB allemand. Cependant, avant d'utiliser ces horloges atomiques, la définition du second était basée sur des observations astronomiques calculées avec les données moyennes des observations de 200 ans.
La Terre n'est pas une montre
La mesure exacte du jour de la Terre permet de définir l'heure, la minute et la seconde. Cependant, en 200 ans, la rotation de la Terre a changé en raison de son évolution constante. Le frottement de la force maréale de la Lune est freiné, de sorte que la journée s'allonge parce que la Terre prend plus de temps à faire une tournée (à l'époque des dinosaures la journée avait environ 23 heures et l'année était de 380 jours). Enfin, le second et le second astronomique définis par l'oscillation de l'atome de césium ne sont pas égaux, ce qui provoque un décalage de 33 secondes.
Quand ils ont défini le second atomique il n'y avait aucune différence entre les deux, mais ils ont donné la même valeur que le second astronomique. "Toute autre décision serait un tir", dit Wynands. Mais alors la valeur du deuxième astronomique a changé. Le décalage augmente quotidiennement en 1,5 millisecondes ou similaire, atteignant une seconde en environ deux ans. À ce moment-là, l'échelle astronomique du temps s'arrête pendant une seconde pour s'adapter à la rotation de la Terre, mais pas le réseau de montres atomiques. Cela s'est déjà produit 33 fois, de sorte que le décalage actuel est de 33 secondes, mais avec les années il va croître.
Le temps employé pour déterminer l'échelle de temps officielle des États, World Time, dépend du deuxième astronomique. Et le temps officiel en Europe, Central European Time , mais avec un décalage d'une heure.
En fin de compte, il faut corriger les échelles de temps en temps et il n'est pas grave d'avoir deux définitions de seconde. Dans tous les cas, les deux définitions sont nécessaires. L'un est astronomique, pratique et changeant ; l'autre atomique ne change pas, mais c'est pourquoi il ne s'adapte pas au mouvement de la Terre.
Cependant, le seul avantage de la définition atomique est qu'elle ne varie pas. De plus, comme déterminé par les horloges atomiques, la mesure du temps est précise. Le plus concret que nous connaissons actuellement.
Faire du temps
Les experts affirment qu'une montre a deux parties, l'une se déplace ou change régulièrement et l'autre compte les cycles de cette fréquence. Comme toutes les montres ne le remplissent pas, par exemple, un sablier n'a que la première partie. Mais toutes les montres modernes ont leurs deux parties. Par exemple, dans les montres basées sur le pendule, la première partie est le pendule lui-même, car c'est le dispositif qui marque la fréquence, et la seconde, le mécanisme de l'horloge, les roues qui comptent les déplacements du pendule, qui comptabilisent ces déplacements et transmettent l'information du comptage à une sphère.
La règle générale est que plus la fréquence d'utilisation de la technique est élevée, plus la montre est précise. L'horloge la plus précise réalisée par l'homme utilise des atomes de césium pour travailler le pendule. Les pendules typiques faisaient des cycles d'une seconde, tandis que l'atome de césium, lorsqu'il se trouve dans certaines conditions, effectue des millions de cycles en une seconde.
En fait, l'atome de césium est actuellement utilisé pour définir le second. Selon l'énergie qui lui est fournie, l'isotope de césium-133 peut être dans deux situations à une température donnée. Pour être dans l'état de plus grande énergie, bien sûr, l'atome doit absorber une quantité d'énergie. Et quand il libère la même quantité, l'énergie passe à l'état inférieur. D'où la définition de la seconde : le temps exact que cela prend pour effectuer ce changement d'état 9.192.631.770 fois est d'une seconde. Et bien sûr, le dispositif qui peut produire et compter les incidences de l'atome est appelé horloge atomique.
L'avantage d'utiliser l'oscillation d'un atome est la précision obtenue. L'horloge la plus exacte au monde se trouve à Paris, avec une erreur de seulement une seconde en 80 millions d'années. L'erreur d'une montre à quartz est d'environ 10 secondes par an. Et la meilleure montre mécanique ne se rapproche pas de la précision de la montre à quartz.
"Peu importe ce que vous avez payé votre montre Rolex. Achetez une montre à quartz bon marché et vous aurez une montre bien meilleure, cent fois plus précise que la Rolex plus chère », explique Wynands.
Oui, mais la montre mécanique fournit également la précision nécessaire à la vie quotidienne. Pourquoi avons-nous besoin d'une montre capable de mesurer le milliard d'une seconde si ce n'est pas pour faire des expériences concrètes de physique? Eh bien, au quotidien, cette précision est indispensable, surtout pour une synchronisation correcte des signaux.
Trois exemples
Synchroniser les signaux signifie synchroniser les ondes. Les appels téléphoniques mobiles, les signaux radio, le courant alternatif et beaucoup d'autres signaux sont des ondes. Et les appareils qui gèrent ces signaux reçoivent plusieurs fois deux signaux ou plus en même temps. Lorsqu'il s'agit d'ondes, il y a un risque que les interférences entre elles soient destructrices et synchronisées, c'est éviter des interférences destructives.
Les bases qui gèrent les signaux des téléphones mobiles sont un bon exemple. Ils doivent ordonner, donner la priorité et émettre des signaux simultanés sans interférences entre eux. Pour cela, ils ont besoin d'une échelle de temps très précise, aussi précise que celle fournie par une horloge atomique.
Les stations de distribution électrique font de même. Si le signal est reçu de plusieurs producteurs, le courant est alternatif, en définitive, un type d'onde. Ils doivent les recevoir et émettre la force électrique sans interférences destructrices. En Europe, nous utilisons une fréquence de 50 Hz, par exemple aux États-Unis de 60 Hz. Pour obtenir ces fréquences exactement, vous devez utiliser une horloge atomique. Il y en a une dans chaque saison (heureusement, aujourd'hui ils sont bon marché, seulement quelques centaines d'euros sont nécessaires pour acheter; sinon, le réseau électrique actuel serait économiquement insoutenable).
Et peut-être l'application la plus spectaculaire des montres atomiques, parmi les technologies les plus courantes d'aujourd'hui, est le GPS. C'est un compte de triangulation. Le signal est émis par plusieurs satellites et sa latitude et longitude sont calculées en fonction du temps restant sur le trajet. Par conséquent, la synchronisation des signaux doit être très fine, y compris le travail des horloges atomiques.
Les horloges atomiques servent à définir le second et les aider à gérer les échelles de temps officielles. En fait, à travers des ondes radio émettent le signal de plusieurs horloges atomiques pour que les horloges de votre maison puissent être alors (en Europe deux horloges sont utilisées, l'une allemande et l'autre anglaise: Francfort et Rugby). Mais nous utilisons aussi beaucoup pour synchroniser notre vie quotidienne.
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