La Mesure De L'Heure
Les horloges atomiques
Histoire :
L’horloge atomique à jet de Césium 133 a été mise au point après plus de 5 années de recherche. C’est l’anglais Louis Essen aidé de Jack Parry qui a réalisé la première horloge atomique en 1955 au Royaume Uni.
Principe et Fonctionnement :
Un oscillateur à quartz génère une onde d’une fréquence égale à 10MHz. Cette fréquence est multipliée par un dispositif électronique pour obtenir un signal de l’ordre des 9 192 631 770Hz. C’est à cette fréquence que l’atome de césium 133 subit un changement d’état. Le jet de césium 133 non excité est injecté dans la cavité de Ramsey qui conserve la fréquence grâce à sa géométrie particulière. Cette cavité résonnante se divise en forme de U et laisse passer les atomes de césium.
Avantages :
L’horloge atomique est extrêmement précise. C’est l’outil de mesure du temps le plus précis qui existe de nos jours. En effet, l’horloge atomique ne se dérègle que d’une seule seconde tous les 15 milliards d’années.
Inconvénients :
Le coût de production de l’horloge atomique est très élevé. De plus, l’horloge prend beaucoup de place et consomme beaucoup d’énergie.
Les atomes traversent la cavité et passent alors de l’état fondamental à un état excité. Lorsqu’ils sortent de la cavité, le jet comporte à nouveau deux types d’atomes de césium : ceux qui ont subi une transition, et ceux qui n’en ont pas subi. Ils doivent alors être triés grâce à un champ magnétique. Les atomes excités sont envoyés vers un détecteur. Sa géométrie est conçue de telle sorte que seuls les atomes qui ont subi une transition arrivent dans le détecteur.
Le signal de sortie du jet de césium est donc un courant électrique. Celui-ci est proportionnel à la probabilité que les atomes ont à effectuer la transition. La probabilité d'excitation est d'autant plus grande que la fréquence d'excitation est proche de la fréquence de transition. Un système d'asservissement relié à l'oscillateur à quartz va permettre de maximiser le nombre d'atomes excités en ajustant la fréquence de l'oscillateur sur la fréquence de la transition atomique. Les oscillations produites par l’oscillateur sont comptées. C'est ce comptage qui va définir la seconde (9 192 631 770 périodes = 1 seconde).
