• Ingénierie: pour la première fois, la différence de rythme de deux horloges atomiques ultraprécises, distantes de centaines de kilomètres, a été mesurée grâce à de la fibre optique!____¤201

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «A clock network for geodesy and fundamental science» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis pour la première fois de mesurer la différence de rythme de deux horloges atomiques ultraprécises éloignées de plusieurs centaines de kilomètres, grâce à une liaison par fibre optique: cette mesure «est 20 fois plus précise que les comparaisons actuelles d’horloges qui reposent sur le système GPS» et «10 000 fois plus rapide à résolution égale».

     

    Notons tout d'abord qu'au cours des dernières années, «les horloges atomiques optiques, où un laser sonde une transition de référence entre deux niveaux quantiques d’un atome, ont connu des progrès très spectaculaires» puisque «ces horloges sont 100 fois plus précises que les horloges à césium qui servent actuellement à définir la seconde du Système international d’unités».

     

    Cependant, jusqu'ici, cette précision n’était «utilisable qu’à proximité immédiate de l’horloge car les systèmes utilisés pour transmettre le signal d’horloge par voie satellitaire comme le GPS sont loin d’avoir la précision suffisante». En vue de contourner cette difficulté, l'étude ici présentée a effectué des mesures en transportant les signaux d’horloge «au moyen d’un faisceau laser conduit dans une liaison par fibre optique de 1400 km» et en compensant «l’atténuation de la lumière laser et les fluctuations introduites lors de sa propagation dans la fibre» grâce à la conception d'amplificateurs et de répéteurs «qui régénèrent le signal d’horloge en rendant négligeables ces fluctuations».

     

    L'étude a «montré que cette méthode par fibre optique possède une résolution de 10^-19, environ 10000 fois meilleure que le GPS», largement suffisante pour comparer les horloges quantiques du SYRTE à Paris et du PTB à Braunschweig. La différence de fréquence relative mesurée de 2.10^-15 «reflète exactement les prédictions de la relativité générale pour la différence d’altitude de 20 mètres entre les deux sites» (5.10^-17, l'incertitude de ces horloges, qui «est donc 40 fois plus petite que l’effet observé (elle équivaut à une différence d’altitude de 50 cm)», démontre montre la bonne maîtrise des effets affectant ces deux horloges).

     

    Comme dans les années à venir, la précision des nouvelles horloges quantiques «devrait excéder 10^-18, soit le milliardième de milliardième», la mesure du rythme de ces horloges «conduira à une sensibilité en altitude meilleure que le centimètre, ce qui excède les méthodes actuelles les plus performantes de géodésie». Ces horloges quantiques, en devenant «des senseurs gravitationnels ultrasensibles», ouvrent «le champ de la géodésie chronométrique».

     

    Il en résulte que «les enjeux de la distribution par fibre optique de ces signaux ultra-précis sans aucune dégradation sont considérables», car «les retombées scientifiques seront très importantes, notamment dans le domaine des mesures de très grande précision, dans des expériences de test de relativité générale avec des horloges en orbite (future mission spatiale ACES) ou de physique fondamentale comme la recherche de matière noire, ou dans la synchronisation d’expériences sur de grandes distances».

     

     


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