Des horloges encore plus exactes

Les horloges à réseaux optiques ont récemment ouvert une des voies les plus prometteuses vers des étalons de fréquence plus exacts et plus stables. Mais pour dépasser la précision actuelle de quelques 10^-16 des meilleures horloges atomiques, il était nécessaire de lever la limitation la plus sérieuse.



Figure 1: Nuage d’atomes froids de Srontium (Sr)

Ces horloges consistent à mesurer une fréquence dans le domaine optique correspondant à la transition entre deux niveaux atomiques du ⁸⁷Sr (Figure 1). L’objectif est d’être capable de contrôler la fréquence de la transition de 500 THz (5 10¹⁴ Hz) au millihertz près (10^-3 Hz), soit 10^-18 en valeur relative. Pour atteindre ce niveau de performance, le mouvement des atomes doit être parfaitement contrôlé.

Figure 2: Réseau optique piégeant les atomesCeci est réalisé à l’aide d’un réseau optique permettant de piéger très fortement les atomes et ainsi de geler leur mouvement (Figure 2). Cependant, ce type de piège peut déplacer de façon significative la fréquence de la transition et donc compromettre gravement l’exactitude de l’horloge.

Des études précédentes ont montré que ce décalage en fréquence pouvait être annulé au premier ordre en ajustant la longueur d’onde du laser de piégeage. Mais, au niveau de contrôle requis, il est également nécessaire de considérer les effets d’ordres plus élevés et jusqu’à présent personne n’avait été en mesure de conclure sur ces effets.

Les résultats expérimentaux publiés par A. Brusch et collaborateurs constituent la première étude de ces effets d’ordres élevés, qui a été rendue possible en faisant fonctionner l’horloge avec une intensité laser sans précédent. Cette étude montre que ces effets ne sont pas une limitation pour atteindre une exactitude future de 10^-18.

Page web de l’équipe Horloge optique à atomes froids de strontium Sr

Référence

Anders Brusch, Rodolphe Le Targat, Xavier Baillard, Mathilde Fouché, Pierre Lemonde: 2006, Hyperpolarizability effects in a Sr optical lattice clock Physical Review Letters, in press

Contacts

Pierre Lemonde, (Observatoire de Paris, SYRTE)
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