Les horloges à réseaux optiques sont basées sur la mesure de la fréquence d'une transition atomique, et sont actuellemement très prometteuses pour atteindre des records de précision. Une équipe de l'Observatoire de Paris (au SYRTE) vient de lever un verrou dans la course à la précision, qui permet d'espérer atteindre dans le futur une exactitude de 10-18. Dans un article à Physical Review Letters, l'équipe présente en détails une étude expérimentale de la limite potentiellement la plus sérieuse de ce nouveau type d'horloge.

au sommaire

    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.

    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 HzHz) au millihertz près (10-3 Hz), soit 10-18 en valeur relative. Pour atteindre ce niveau de performance, le mouvement des atomesatomes doit être parfaitement contrôlé.

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

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

    Ceci 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'ondelongueur d'onde du laserlaser 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.

    Figure 2 : Réseau optique piégeant les atomes

    Figure 2 : Réseau optique piégeant les atomes

    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.