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    Détection d'ondes de gravité avec des horloges atomiques

    Illustration des ondes gravitationnelles produites par deux trous noirs en orbite. Les scientifiques de CfA ont décrit une nouvelle méthode sensible pour détecter les ondes gravitationnelles. Crédit :Henze/NASA

    La détection récente d'ondes gravitationnelles (GW) issues de la fusion de deux trous noirs d'une trentaine de masses solaires chacun avec l'installation au sol LIGO a suscité un regain d'enthousiasme pour le développement de techniques de mesure encore plus sensibles. Les instruments GW au sol ont des capteurs largement espacés qui peuvent détecter des changements submicroscopiques dans leur séparation - mieux qu'une partie sur un milliard de milliards, Ils souffrent, cependant, du bruit produit par les petits tremblements de terre - des vibrations provenant de sources naturelles ou artificielles qui se propagent à travers les détecteurs réglés avec précision. Les vibrations les plus difficiles à compenser sont celles qui évoluent relativement lentement, à des fréquences d'environ une fois par seconde ou moins, pourtant les astronomes prédisent que les sources GW produisant ces variations lentes devraient être intéressantes et abondantes, des étoiles binaires compactes de masse stellaire aux événements gravitationnels dans l'univers primitif.

    Le CfA est réputé depuis longtemps pour ses travaux de laboratoire produisant certains des meilleurs appareils de précision au monde. En particulier ses horloges maser à hydrogène chronométrées, utilisé par la NASA pour suivre ses satellites ainsi que par les radioastronomes du monde entier pour effectuer des mesures de précision des phénomènes cosmiques à l'aide de l'interférométrie à très longue base. Le groupe CfA maser a continué à développer des technologies d'horloges avancées au fil des ans, et d'en faire de nouveaux outils pour sonder les cieux, y compris récemment les soi-disant "laser-peignes" pour la mesure ultra-précise des changements de vitesse stellaire induits par les planètes extrasolaires.

    Les scientifiques du CFA Igor Pokovski, Nick Langellier, et Ron Walsworth et deux collègues ont publié un nouveau concept de détecteur GW pour étudier en particulier les GW basse fréquence. Leur technique mesure précisément non pas la séparation des capteurs mais leurs minuscules mouvements via l'effet Doppler au passage d'une onde gravitationnelle. L'appareil utilise un laser finement contrôlé et des horloges atomiques précises montées sur deux satellites (contrairement à d'autres concepts spatiaux GW qui nécessitent trois satellites, ce système n'en a besoin que de deux). La technologie pour cette capacité ne nécessite que des améliorations réalistes à mettre en œuvre, et offre une extension importante aux systèmes GW actuels.


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