Les horloges atomiques sont utilisées dans le monde entier pour indiquer l'heure avec précision. Chaque "tick" de l'horloge dépend des vibrations atomiques et de leurs effets sur les champs électromagnétiques environnants. Les horloges atomiques standard utilisées aujourd'hui, basé sur l'atome de césium, lire l'heure en "comptant" les fréquences radio. Ces horloges peuvent mesurer le temps avec une précision d'une seconde toutes les centaines de millions d'années. Les nouvelles horloges atomiques qui mesurent les fréquences optiques de la lumière sont encore plus précises, et pourraient éventuellement remplacer les radios.

Maintenant, chercheurs du Caltech et du Jet Propulsion Laboratory (JPL), qui est géré par Caltech pour la NASA, ont mis au point un nouveau design pour une horloge atomique optique qui promet d'être la plus précise et la plus précise à ce jour (la précision fait référence à la capacité de l'horloge à déterminer correctement l'heure, et la précision fait référence à sa capacité à lire l'heure dans les moindres détails). Surnommée "l'horloge à pincettes, " il utilise une technologie dans laquelle des pincettes laser sont utilisées pour manipuler des atomes individuels.

"L'un des objectifs des physiciens est de pouvoir lire l'heure le plus précisément possible, " dit Manuel Endres, un professeur adjoint de physique à Caltech qui a dirigé un nouvel article décrivant les résultats dans le journal Examen physique X . Endres explique que si les horloges ultra-précises peuvent ne pas être nécessaires à des fins quotidiennes de comptage du temps, elles pourraient conduire à des avancées dans la recherche en physique fondamentale ainsi qu'à de nouvelles technologies encore à imaginer.

La nouvelle conception de l'horloge s'appuie sur deux types d'horloges atomiques optiques déjà utilisées. Le premier type est basé sur un seul atome chargé piégé, ou ionique, tandis que le second utilise des milliers d'atomes neutres piégés dans ce qu'on appelle un réseau optique. Dans l'approche des ions piégés, un seul atome (l'ion) doit être isolé et contrôlé avec précision, et cela améliore la précision de l'horloge. D'autre part, l'approche du réseau optique bénéficie d'avoir plusieurs atomes - avec plus d'atomes, il y a moins d'incertitudes qui surviennent en raison des fluctuations quantiques aléatoires des atomes individuels.

La conception de l'horloge atomique du groupe Endres combine essentiellement les avantages des deux conceptions, récolter les bénéfices des deux. Au lieu d'utiliser une collection de nombreux atomes, comme c'est le cas avec l'approche par réseau optique, la nouvelle conception utilise 40 atomes et ces atomes sont contrôlés avec précision avec des pincettes laser. À cet égard, la nouvelle conception bénéficie non seulement d'avoir plusieurs atomes, mais aussi en permettant aux chercheurs de contrôler ces atomes.

"Cette approche relie deux branches de la physique :les techniques de contrôle d'un seul atome et la mesure de précision, " dit Ivaylo Madjarov, un étudiant diplômé de Caltech et auteur principal de la nouvelle étude. "Nous sommes les pionniers d'une nouvelle plate-forme pour les horloges atomiques."

Madjarov explique que, en général, les atomes des horloges atomiques agissent comme des diapasons pour aider à stabiliser les fréquences électromagnétiques, ou lumière laser. "Les oscillations de notre lumière laser agissent comme un pendule qui compte le temps qui passe. Les atomes sont une référence très fiable qui garantit que le pendule oscille à une vitesse constante."

L'équipe affirme que le nouveau système est parfaitement adapté aux futures recherches sur les technologies quantiques. Les atomes de ces systèmes peuvent s'emmêler, ou globalement connecté, et cet état intriqué peut stabiliser davantage l'horloge. "Notre approche peut également jeter un pont vers les architectures de calcul quantique et de communication, " dit Endres. " En fusionnant différentes techniques en physique, nous sommes entrés dans une nouvelle frontière."

Les Examen physique X le papier est intitulé, "Une horloge optique à matrice atomique avec lecture à un seul atome."