L’Université technique de Vienne se lance dans le développement de l’horloge atomique la plus précise d’Autriche

La précision permise par les horloges atomiques est aujourd’hui exploitée pleinement dans des expériences scientifiques ou dans des applications à fort enjeu socio-économique. Ainsi, elles sont aujourd’hui par exemple utilisées pour la synchronisation des réseaux de télécommunications et elles constituent un outil important pour la recherche fondamentale. Mais l’application la plus connue à ce jour de ces dernières reste les systèmes mondiaux de positionnement par satellites : sans elles, il n’y aurait pas de GPS. Mais comment fonctionne une horloge atomique ? Toutes les horloges atomiques n’ont pas la même précision : "Les modèles plus anciens fonctionnent encore avec des micro-ondes, dans une plage allant de 1 à 10 gigahertz", explique M. Thorsten Schumm, professeur à l’Institut de physique atomique de la TU Wien et coordinateur de ce nouveau projet, dans un communiqué de la TU Wien. Une seconde, l’une des unités de base du Système international d’unités (SI), est aujourd’hui officiellement définie par la durée d’exactement 9 192 631 770 vibrations – soit un peu plus de 9 gigahertz – d’un atome de césium. Cependant, il est aujourd’hui possible de faire mieux : "Les horloges atomiques dites optiques fonctionnent à des fréquences de 100 à 1000 terahertz - dans le domaine de la lumière visible", explique Thorsten Schumm. "Elles sont beaucoup plus précises, mais l’Autriche ne dispose actuellement pas d’une telle horloge atomique de niveau mondial".

Cela va désormais changer : une nouvelle horloge atomique d’une précision extrême est en cours de développement par des équipes de la TU Wien et le BEV. Ce nouveau projet, intitulé AQUclock, vise en effet à développer l’horloge atomique la plus précise d’Autriche qui devrait atteindre une précision d’environ 2x10¹⁷ grâce à l’utilisation d’atomes d’ytterbium - cela correspond à une dérive de seulement deux secondes sur une durée équivalente à l’âge de l’Univers. "La nouvelle horloge va multiplier par cent la précision des mesures temporelles disponibles en Autriche, et cela aura une grande importance pour de nombreux domaines de recherche différents", explique Thorsten Schumm. Il sera par exemple possible d’effectuer des mesures de précision pour mieux comprendre l’interaction entre la gravitation, décrite par la théorie de la relativité générale, et la physique quantique, mais également de mieux stabiliser les faisceaux laser, nécessaire, par exemple, dans le domaine de la communication quantique. Enfin, les constantes fondamentales de la nature, telles que la vitesse de la lumière dans le vide ou la constante de Planck, pourront être mesurées avec plus de précision qu’auparavant (en effet, la valeur des unités du SI sont indexées sur la valeur des constantes fondamentales). Ce projet a été rendu possible dans le cadre de l’initiative Quantum Austria, dont douze projets issus de la première série d’appels à propositions viennent de recevoir leur promesse de financement (pour en savoir plus sur cette initiative, se référer à l’article de veille du mois de juillet 2021), et est soutenu à hauteur de 3,2 millions d’euros.

En outre, l’un des buts principaux du projet – ce qui vise également à démontrer son utilité – est de transmettre les signaux de la nouvelle horloge atomique à différents groupes de recherche via des câbles en fibre optique. Cela garantira ainsi l’accès à la précision de la nouvelle horloge atomique non seulement à la TU Wien mais aussi à d’autres instituts de recherche autrichiens. La construction de l’horloge débutera en novembre 2022, les premiers tests devraient débuter en 2024 et l’appareil devrait pouvoir être utilisé avec sa précision maximale au bout de trois ans.

Sources :

1. Université technique de Vienne, Österreich bekommt eine High-Tech-Atomuhr (en allemand)
2. CNRS - le journal, La démesure de la précision

Rédactrice : Kalina Esmein, kalina.esmein[at]diplomatie.gouv.fr - https://at.ambafrance.org/