Un élément Oublié pourrait nous aider à Redéfinir la façon dont nous Mesurons le Temps

  Un élément qui n’est pas beaucoup mentionné pourrait devenir la clé pour améliorer les horloges atomiques afin qu’elles deviennent encore plus précises. Cela pourrait nous aider à explorer...
 

Un élément qui n’est pas beaucoup mentionné pourrait devenir la clé pour améliorer les horloges atomiques afin qu’elles deviennent encore plus précises. Cela pourrait nous aider à explorer l’espace et à suivre les satellites, et même à synchroniser les fuseaux horaires du monde.

Les horloges atomiques utilisent les oscillations des atomes sous le feu du laser comme mesure du temps, de la même manière qu’une horloge de grand-père utilise le balancement d’un pendule. Ils peuvent perdre moins d’une seconde en 50 millions d’années, selon les éléments utilisés – mais les scientifiques veulent encore plus de précision.

C’est là que le lutétium (Lu) entre en jeu. Selon une équipe de chercheurs du Centre for Quantum Technologies (CQT) de Singapour, il offre à la fois un niveau de stabilité plus élevé et un degré de précision plus élevé que le césium ou le rubidium des horloges atomiques d’aujourd’hui.

« La performance ultime d’une horloge dépend des propriétés de l’atome – l’insensibilité de l’atome à son environnement « , explique Murray Barrett, chercheur principal.

« Je dirais que le lutétium est le meilleur de sa catégorie. »

Depuis que l’horloge atomique originale a été conçue en 1955, les scientifiques ont expérimenté avec des atomes de différents éléments, à la recherche de ceux qui pourraient fonctionner avec le plus haut niveau de précision.

Le césium, premier élément utilisé dans une horloge atomique, oscille à une fréquence micro-ondes de 9 192 631 770  » tiques  » par seconde.

Ces dernières années, on a découvert que d’autres éléments comme l’ytterbium et le strontium fonctionnaient à des fréquences optiques – environ dix mille fois plus vite.

 

Avec plus de  » tiques  » ou d’oscillations à chaque seconde, le temps peut être mesuré avec une précision de plus en plus grande.

Non seulement le lutétium fonctionne à ces fréquences optiques, mais il a aussi un autre atout : les changements de température et de pression ont très peu d’effet sur lui. C’est la conclusion de six mois d’essais intensifs par l’équipe du CQT.

Ces facteurs environnementaux sont aussi ce qui fait que le quartz des montres traditionnelles se désynchronise progressivement avec le temps réel – ils sont bons, mais ils ne sont pas parfaits. De même, de tels facteurs peuvent avoir un impact minime sur la précision des horloges atomiques.

« Nous avons définitivement démontré que lutétium est la moins sensible à la température de toutes les horloges atomiques établies « , dit l’un des membres de l’équipe, Kyle Arnold.

De plus, d’autres études sur les propriétés du lutétium ont montré qu’il peut être intégré dans une horloge atomique de la même manière que l’ytterbium. Cela signifie que la mise à niveau ne devrait pas être trop problématique.

Avoir une telle robustesse et une telle précision à l’intérieur d’une horloge atomique est bon à la fois pour le chronométrage et pour faire sortir ces horloges des laboratoires spécialisés et les mettre dans des situations plus réelles, disent les scientifiques.

Et considérant que les mesures super fines du temps peuvent être vitales dans l’étude de tout, des forces de la gravité à la vitesse de la lumière, la recherche sur les horloges atomiques qui deviennent de plus en plus précises ne va pas s’arrêter.

Il y a encore du travail à faire avant de pouvoir construire une horloge à lutétium. Une partie de la raison pour laquelle il a été négligé jusqu’à présent est qu’une technique spéciale est nécessaire pour faire la moyenne de certains types d’inexactitudes potentielles.

Bien que l’équipe de recherche ait déjà trouvé une façon de s’attaquer à ce problème, il reste encore quelques obstacles à surmonter.

« Je ne pense pas qu’il s’agisse de toute façon d’une chose trop technique et difficile à faire, mais je pense que les gens attendent de voir comment cela fonctionne « , dit Murray.

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