• Ingénierie: une nouvelle méthode de mesure sur les nuages d’atomes froids pourrait permettre la mise au point de futurs détecteurs terrestres d’ondes gravitationnelles!____¤201605

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Continuous Cold-Atom Inertial Sensor with 1  nrad/sec Rotation Stability» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, révèle une méthode permettant de dépasser, grâce à une astuce, la limite technologique qui fait que les mesures pratiquées sur les nuages d’atomes froids sont discontinues. Cette technique ouvre des possibilités nouvelles en géoscience et en physique fondamentale, car, par exemple, elle a pu améliorer d’un facteur trente les performances des gyromètres à atomes froids.

     

    Rappelons tout d'abord qu'un gyromètre «est un capteur de rotation essentiel dans de nombreuses applications, telle que la navigation». Aujourd'hui, les instruments les plus précis «sont fondés sur des interférences entre ondes lumineuses se propageant en sens inverse dans un circuit optique, comme un enroulement de fibre optique par exemple». Le principe du dispositif est que, lorsqu'il se trouve en rotation, «une onde acquiert un retard par rapport à l’autre, ce qui conduit à une variation du signal lumineux proportionnel à la vitesse de rotation».

     

    De plus, comme «il est possible de concevoir des dispositifs utilisant des interférences entre ondes de matière (électron, neutron, atome, etc.), plutôt que des interférences d’ondes lumineuses (photon)», car la sensibilité de ce type de gyromètres augmente «avec l’énergie de la particule mise en jeu», il apparaît que «les interféromètres à atomes ont un potentiel de sensibilité de plusieurs ordres de grandeur plus élevé que les interféromètres à photons». Il en résulte que «les interféromètres à atomes froids, où les atomes sont ralentis à quelques cm/s», représentent «une voie prometteuse pour des capteurs de très grande sensibilité».

     

    Cependant, jusqu'ici, ces instruments avaient l'inconvénient de présenter des temps 'morts' qui occasionnaient une perte d’information précieuse: plus précisément, «durant la phase de l’expérience où les atomes sont refroidis par laser, on ne peut accéder à la quantité que l’on cherche à mesurer».

     

    Pour lever «ce verrou technique», l'étude ici présentée a entrelacé «la phase de refroidissement et la phase de mesure de rotation, en prenant soin de correctement raccorder les mesures successives, d’où le nom de 'mesures jointives donné à cette méthode. Afin que «la mesure ne soit pas perturbée par la préparation de l’échantillon suivant», l’état quantique des atomes refroidis a été sélectionné «astucieusement avant qu’ils ne pénètrent dans la zone de mesure», et «leur détection en sortie de cette zone» finement synchronisée.

    Ainsi, «le dispositif expérimental du SYRTE utilise des superpositions quantiques où un atome est séparé en deux sur une distance de l’ordre du centimètre». Ce type de «superposition quantique macroscopique» sert à «démontrer l’efficacité de la méthode jointive sur un instrument ultra-sensible et d’atteindre un niveau de performance trente fois meilleur que le précédent record». En pratique, le gyromètre du SYRTE permet «de mesurer des variations infimes de vitesse de rotation, 50 000 fois plus petites que la vitesse de rotation terrestre moyenne, en trois heures de mesure».

     

    Parmi les nouvelles perspectives d’applications des capteurs à atomes froids, on peut citer en physique fondamentale, l'emploi de ces nouvelles méthodes «pour mettre au point de futurs détecteurs terrestres d’ondes gravitationnelles utilisant des atomes refroidis par laser».

     

     

     


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