Une horloge atomique constitue un dispositif qui a la réputation d’avoir le plus de précision au monde. Sa conception permet aussi de mesurer le temps, selon les vibrations des atomes. Celle qui est la plus précise est la renommée NIST-F1 des États-Unis. Elle a la particularité de ne perdre ni gagner une seconde tous les 30 millions d’années.
Horloge atomique : son fonctionnement
Pour fonctionner, une horloge atomique se compose d’un four à césium. Ce dernier a pour rôle de générer un jet d’atomes de césium tout à fait directif. Tout au long du parcours des atomes, un système se charge de la sélection de ceux qui se situent au niveau 3, sur l’énergie recherchée. Tout cela fonctionne sous l’action du pompage optique ou de la réflexion magnétique.
En outre, elle est également équipée d’une cavité résonnante, que l’on appelle « de Ramsey ». Il s’agit du lieu de réaction entre les atomes, par le biais d’une micro-onde, dont un oscillateur à quartz génère. Elle dispose d’un signal électrique, ayant pour fréquence de 9 192 631 770 Hz.
In fine, il revient au système de détection d’envoyer des signaux aux atomes qui ont effectué la transaction voulue. Pour atteindre le niveau 4, le système procède à la modification de la fréquence du quartz.
Les différentes sortes d’horloges atomiques
Comme ces horloges décoratives, les horloges atomiques se déclinent en différents types, étant donné que ces derniers utilisent le même principe. La différence réside sur la méthode de détection et l’élément, utilisés pour le changement du niveau d’énergie. Les principaux types d’horloges atomiques sont :
- L’horloge atomique au césium : elle se sert d’un faisceau d’atomes de césium. À l’aide d’un champ magnétique, le dispositif sélectionne les atomes pour obtenir plusieurs niveaux d’énergie.
- L’horloge atomique à hydrogène : celle-ci maintient les atomes d’hydrogène à un niveau requis, à l’intérieur d’un récipient. Ces parois se composent d’un matériau spécifique, afin d’éviter la perte excessive et rapide de leur état d’énergie.
- L’horloge atomique au rubidium : c’est le système le plus compact et le plus simple de toutes les horloges atomiques. Elle se sert d’une cellule en verre qui contient du rubidium gazeux. Elle procède à la modification de son absorption lumineuse afin d’optimiser sa fréquence lors de l’ajustement de cette dernière
Horloge atomique au césium : son principe
Chaque atome dispose de ses propres fréquences d’oscillation. L’une des fréquences les plus connues constitue la lueur orange, obtenue du sodium, venant du sel de table. Grâce à la multitude de fréquences de chaque atome, certaines ont des longueurs d’onde identiques à la radio. Pour d’autres, elles se situent dans le spectre visible, tandis que celles des autres encore sont intermédiaires. Toutefois, le césium 133 constitue l’élément le plus convoité.
La transformation de la résonance atomique de cet élément en une horloge atomique nécessite des mesures avec précision. Cela concerne particulièrement les fréquences de résonance ou de transition. En principe, cela se réalise par le verrouillage d’un oscillateur à cristal, au niveau de la résonance micro-onde principale de l’atome. Son signal est parmi les micro-ondes du spectre radioélectrique.
