Apparues pour la première fois dans les années 50, les horloges atomiques sont aujourd’hui considérées comme la meilleure solution pour mesurer le temps. Cependant, une équipe de chercheurs de l’Université d’Uppsala en Suède affirme avoir mis au point un appareil encore plus précis pour réaliser une telle opération. Selon une étude récemment parue dans la revue Physical Review Research, Marta Berholts et ses collègues ont développé une approche surréaliste. Celle-ci consiste à déterminer le temps en recherchant d’étranges « empreintes digitales » dans le domaine quantique.
Une montre et non une horloge
Rappelons que pour mesurer le temps, les horloges atomiques se fondent sur la fréquence du rayonnement électromagnétique d’un compteur d’électrons. La montre quantique de Berholts fonctionne de manière radicalement différente. D’ailleurs, la chercheuse et ses collaborateurs ont préféré adopter le terme « montre » au lieu de « horloge », car « une horloge nécessite de garder une trace du temps » alors qu’« une montre ne fait que donner l’heure ». Effectivement, la montre quantique que l’équipe a mise au point peut mesurer le passage du temps, mais est incapable de compter les secondes.
Ne nécessite pas de point de référence initiale
Dans leur article, les chercheurs expliquent que l’appareil n’a pas besoin de se baser sur un point de référence initial pour déterminer le temps. Il s’agit d’une toute nouvelle technique de mesure du temps. Concrètement, la montre quantique repose sur une approche appelée pompe-sonde, qui utilise des impulsions laser très courtes. Ces dernières permettent de mesurer des événements ultra-rapides dans la matière. Dans l’optique de créer leur appareil de haute précision, les ingénieurs de l’Université d’Uppsala ont exploré des atomes dans une condition connue sous le nom d’état de Rydberg, dans laquelle les électrons subissent une excitation intense. Par conséquent, ces derniers sont accélérés très loin de leur noyau. Pour ce faire, ils ont pointé un faisceau laser sur un nuage d’atomes d’hélium.
Extrêmement précise
Quand de nombreux atomes adoptant l’état de Rydberg se trouvent dans le même endroit, des interférences sont alors créées. À leur tour, ces interférences produisent différents modèles d’ondulation dans « l’étang quantique ». Cela crée des motifs distinctifs permettant de calculer le temps mis par chaque atome pour évoluer autour de ses pairs. Cette évolution peut ensuite être utilisée à des fins de mesure temporelle. D’après les chercheurs, leur montre est très précise, avec une marge d’erreur de seulement huit femtosecondes. Notons qu’une femtoseconde représente un millionième de milliardième de seconde. Selon les explications de Marta Berholts, cette découverte permettra de prendre des mesures extrêmement rapides des systèmes évoluant au fil du temps. Figurent dans ce contexte la chute d’une molécule, les interactions quantiques entre la lumière et la matière ou l’exposition d’un objet à un champ magnétique. Il va sans dire qu’elle contribuera énormément à l’essor de la physique.