10 septembre 2021 – Pouvons-nous faire mieux que nos horloges atomiques actuelles ? Il semble que oui. Le scientifique sino-américain Jun Ye et le Japonais Hidetoshi Katori ont remporté trois millions de dollars dans le cadre du Breakthrough Prize 2022 (catégorie physique fondamentale) en inventant une horloge qui se décalerait d’une seconde tous les… 15 milliards d’années. C’est presque l’âge de l’Univers.
ADIEU LE QUARTZ
Dans une horloge atomique “classique”, on expose les atomes à une haute fréquence générée par un oscillateur à quartz. Les électrons qui gravitent autour de l’atome passent à un niveau d’énergie supérieur : l’atome est excité. Un signal est renvoyé vers l’oscillateur. On obtient une fréquence extrêmement précise pour faire fonctionner l’horloge. Mais contrairement à l’invention de Ye et Katori, une horloge atomique se décale d’une seconde tous les 100 millions d’années.
Pour la nouvelle horloge, les deux scientifiques ont utilisé des lasers pour refroidir des atomes de strontium et récupérer le signal de leur vibration : nous avons ainsi des horloges à réseau optique. La fréquence des lasers est des centaines de milliers de fois plus rapide que celle des oscillateurs à quartz.
POURQUOI ÊTRE AUSSI PRÉCIS ?
Les applications sont multiples. Avec une telle précision, les observatoires pourraient mieux observer les trous noirs. Les GPS indiqueraient une position mille fois plus exacte. On pourrait également faire atterrir des vaisseaux sur Mars de manière plus précise.
On pourrait également mettre en application la théorie de la relativité d’Einstein : le temps ralentit lorsqu’on s’approche d’une masse importante. L’horloge à réseau optique pourrait ainsi différencier une roche solide d’une roche volcanique et anticiper d’éventuelles éruptions. En laboratoire, Jun Ye et Hidetoshi Katori ont remarqué que le temps passait plus lentement pour l’horloge lorsqu’on la place seulement quelques centimètres plus bas.
Tom Hannane (rédaction btlv.fr)
