Le strontium au coeur du temps
Le 17 février 2011, une équipe de physiciens polonais financés par l'UE a annoncé l'achèvement d'une étape cruciale de l'assemblement de l'une des horloges les plus précises au monde. Le dernier des composants clés pour cette montre, un étalon de fréquence atomique basé sur des atomes de strontium froids, vient d'être lancé. Les scientifiques espèrent mettre l'horloge en marche avant la fin de l'année. Le projet polonais de construction d'une horloge optique atomique a été lancé il y a deux ans dans le cadre plus vaste du Laboratoire national de physique atomique, moléculaire et optique (KL FAMO), qui fait partie du Laboratoire national polonais de technologies quantiques (NLTK). Le NLTK est un consortium d'organisations scientifiques polonaises menant des travaux de recherche dans le domaine des technologies quantiques. Le projet de construction de l'horloge est financé par le ministère polonais de science et d'enseignement supérieur. De son côté, le Fonds européen de développement régional contribue au financement du projet NLTK dans le cadre du programme opérationnel «Économie innovante 2007-2013». Des groupes de scientifiques dans le pays sont impliqués dans cet effort collaboratif ambitieux. Le dispositif sur lequel ils travaillent devrait dépasser les performances des horloges en césium les plus avancées actuellement utilisées d'environ deux ordres de magnitude. Les horloges se basent sur un phénomène physique périodique qui leur offre un étalon de fréquence, une résonnance en quartz dotée d'un cristal oscillateur en quartz, par exemple, dans le cas d'une montre. «Les horloges atomiques traditionnelles font appel à la transition électronique entre les taux énergétiques des atomes de césium», explique l'équipe, poursuivant que le projet polonais a opté pour une autre approche. «Les physiciens de Cracovie... ont établi un étalon basé sur des atomes de strontium, dans lesquels les transitions électroniques entre les états d'énergie atomiques nécessitent une absorption et une émission de rayonnement électromagnétique d'une fréquence plus élevée que pour le césium. Cette fréquence se situe dans la gamme optique (d'où l'appellation d'horloge optique).» Une fréquence plus élevée se traduit par de plus petites unités de mesure, et par conséquent, par une meilleure précision. Des horloges ultra-précises sont utilisées, entre autres, pour définir la seconde, la valeur centrale à toutes les applications temporelles. De nombreux systèmes sur lesquels se base notre société, tels que les télécommunications modernes et les systèmes de navigation, nécessitent un degré de précision élevé. Mais d'autres applications sont encore possibles. Par exemple, la capacité de mesurer le temps avec précision est essentielle à de nombreuses disciplines de recherche sur les propriétés fondamentales de la réalité. «L'horloge polonaise aura la précision d'une seconde dans une dizaine de millions d'années, ce qui correspond à une période plus longue que celle qui s'est écoulée depuis le Big Bang. Des instruments de chronométrage aussi précis ne se trouvent que dans quelques centres de recherche dans le monde entier», explique le professeur Wojciech Gawlik du département de photonique de l'institut de physique de l'Université jagellone de Cracovie. Le professeur Gwalik est le responsable de l'équipe de scientifiques travaillant sur l'étalon de fréquence atomique. L'étalon sera ensuite transmis au KL FAMO à Torun, là où l'horloge sera assemblée. Les deux autres éléments de l'horloge sont un peigne de fréquence optique et un laser ultra précis, respectivement développés par les équipes menées par des chercheurs de l'université de Varsovie et de l'université Nicolas Copernic. Commentant ces derniers accomplissements, les chercheurs expliquent que le rôle de l'étalon atomique est de stabiliser la fréquence du laser. «Les vibrations du champ électrique d'un faisceau lumineux émis par le laser... seront comptabilisées en tant qu'unités de temps, offrant ainsi une grande précision.» Toutefois, la fréquence peut être tellement élevée que les systèmes électroniques ne sont pas capables de suivre les oscillations. C'est la qu'intervient le peigne à fréquence, qui établit un «ensemble d'ondes lumineuses de fréquences équidistantes étroites. Ce peigne, généré par un laser émettant des impulsions ultra courtes, permet le transfert synchronique et sans erreur des oscillations atomiques en bandes passantes d'ondes radio, des ondes radio pouvant être comptabilisées sous forme électronique». «Notre étalon atomique basé sur des atomes de strontium est la troisième pièce du puzzle. Dans plusieurs mois, après l'application des tests et le transfert jusqu'à Torun, nous serons en mesure d'assembler notre horloge», observe le professeur Gawlik. L'assemblage de l'horloge constituera un point important pour les enfants de Copernic, dans sa ville de naissance.Pour de plus amples informations, consulter: Laboratoire national de technologies quantiques, en Pologne (en polonais): http://nltk.fuw.edu.pl Département de photonique, université jagellone: http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZF/index.php?name=main&l=en Laboratoire nationale de physique atomique, moléculaire et optique (KL FAMO), en Pologne: http://www.fizyka.umk.pl/famo_en/ Ultrafast Phenomena Lab, Université de Varsovie: http://ultrafast.fuw.edu.pl Le fonds européen de développement régional (FEDER): http://ec.europa.eu/regional_policy/funds/feder/index_fr.htm
Pays
Pologne