Les scientifiques ont créé l’horloge atomique la plus précise jamais réalisée – et elle pourrait littéralement redéfinir la seconde.
Les chercheurs ont récemment dévoilé un appareil record, qui utilise la vibration des atomes d’un élément appelé lutécium pour mesurer avec précision chaque microseconde. Il est précis jusqu’à 19 décimales — une amélioration de 41% sur le précédent détenteur du record. Les résultats ont été publiés le 23 septembre dans la revue Nature.
Les horloges atomiques existent depuis les années 1950. Les premières horloges atomiques ont été fabriquées avec les isotopes radioactifs de l’élément césium, un métal argenté qui est rapidement devenu la référence en matière de mesure du temps. Le Bureau international des poids et mesures (BIPM) a révisé sa définition de la seconde en 1968 pour la remplacer par une définition basée sur le rayonnement émis par le césium 133. Officiellement, 9,19 milliards de vibrations d’un atome de césium 133 correspondent à une seconde. (Avant cela, une seconde était définie comme 1/31 556 925 de la durée de l’année solaire 1900.)
Les horloges au césium ont contribué à standardiser la seconde pour en faire quelque chose d’aussi utile pour le chronométrage scientifique que quotidien. Depuis les années 1960, d’autres métaux radioactifs, dont l’ytterbium et le strontium, ont été utilisés pour fabriquer des horloges atomiques. Aujourd’hui, ils constituent la pierre angulaire de systèmes tels que le GPS, Internet et la technologie militaire.
Mais même les horloges atomiques modernes et ultraprécises ont leurs limites. Par exemple, ils sont affectés par de minuscules fluctuations de température, de champs magnétiques et de gravité. Selon les chercheurs, l’horloge nouvellement développée contourne largement ces problèmes.
Pour comprendre le défi, imaginez un chronométrage précis comme un ultramarathon et l’isotope élémentaire de l’horloge comme un coureur, a déclaré le co-auteur de l’étude. Murray Barrettphysicien à l’Université nationale de Singapour. « Notre travail consiste à nous assurer que le coureur peut tenir la distance. Il s’avère que Lutetium est un athlète d’endurance né », a-t-il déclaré à Live Science dans un e-mail.
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Contrairement aux horloges atomiques précédentes, l’horloge au lutétium-176 de l’équipe n’est pas très sensible aux facteurs externes, notamment aux champs magnétiques et à la température. Alors que d’autres éléments pourraient nécessiter des températures environnementales étalonnées à quelques millièmes de degrés près, le lutétium-176 continue de fonctionner même avec une variation de température externe de 5 degrés. Le laboratoire de Barrett a également développé une technique appelée moyenne hyperfine pour atténuer les effets environnementaux les plus importants, comme les champs gravitationnels, laissant très peu de variation dans le chronométrage.
Une horloge atomique aussi sensible pourrait devenir le nouvel étalon-or du Système international d’unités – c’est-à-dire le système métrique –, a déclaré l’équipe. Le BIPM est devrait redéfinir la seconde en 2030 basé sur la technologie moderne de l’horloge atomique. Jusqu’à présent, le lutécium semble être le favori en matière de précision.
La nouvelle horloge atomique pourrait également aider les scientifiques à comprendre quelque chose d’encore plus fondamental à propos de l’univers : si les constantes à la base de la physique, telles que G, la constante gravitationnelle, sont aussi constants qu’on le pense. « Il y a des spéculations selon lesquelles les constantes fondamentales pourraient réellement changer », a déclaré Barrett. « Les horloges ultra-précises nous donnent donc les outils nécessaires pour explorer cela. »
