Voici une explication simplifiée du fonctionnement des horloges atomiques :
Atomes de césium et micro-ondes :
1. Sélection des atomes de césium : Un faisceau d’atomes de césium est produit et envoyé à travers une série d’aimants qui sélectionnent les atomes ayant un niveau d’énergie spécifique.
2. Cavité micro-ondes : Les atomes de césium sélectionnés pénètrent dans une cavité micro-onde conçue avec précision et remplie de rayonnement micro-onde.
3. Fréquence des micro-ondes : La fréquence des micro-ondes est très proche de la fréquence de résonance naturelle des atomes de césium (environ 9,2 milliards de cycles par seconde).
Résonance et transitions atomiques :
4. Absorption de résonance : Lorsque la fréquence des micro-ondes correspond à la fréquence de résonance naturelle des atomes de césium, un nombre important d’atomes absorbent l’énergie des micro-ondes.
5. Transition atomique : Cette absorption d'énergie amène les atomes de césium à subir une transition spécifique entre deux niveaux d'énergie.
Temps de détection et de mesure :
6. Détection : Après avoir traversé la cavité micro-ondes, les atomes de césium sont détectés à l’aide d’un détecteur capable de faire la distinction entre les atomes excités (énergie supérieure) et les atomes non excités (énergie inférieure).
7. Mesure du temps : Le nombre d’atomes de césium qui subissent la transition spécifique (résonance) est compté avec précision et lié à la fréquence micro-onde connue avec précision. Cette fréquence devient la référence pour garder le temps.
En pratique, les horloges atomiques sont constituées d’électronique et de lasers sophistiqués pour stabiliser, contrôler et mesurer avec précision les différents paramètres impliqués dans le processus. La stabilité et la précision des horloges atomiques ont fait des progrès considérables dans des domaines tels que la navigation, la communication, le positionnement par satellite, la recherche scientifique et de nombreuses autres applications nécessitant un chronométrage précis.
