2024-09-23 21:00:00
Le temps est quelque chose qui nous affecte tous. Elle est présente dans notre quotidien, depuis le déclenchement du réveil le matin jusqu’au dernier coup d’œil à l’horloge avant de s’endormir. Mais vous êtes-vous déjà demandé comment nous savons quelle heure est-il avec une telle précision ?
Les montres que nous utilisons habituellement, qu’il s’agisse de montres-bracelets ou de montres mobiles, sont basées sur des méthodes traditionnelles de mesure du temps, telles que rotation de la terre. Cependant, ces dernières années, la science a porté la mesure du temps à un tout autre niveau : les horloges. nucléaire ou des montres atomique. Ces appareils sont si précis que s’ils fonctionnaient pendant des millions d’années, ils perdraient à peine une seconde.
COMMENT FONCTIONNENT LES MONTRES TRADITIONNELLES
Mais avant de se plonger dans le monde des horloges nucléaires, il est important de comprendre comment fonctionnent les horloges que nous connaissons. Historiquement, la mesure du temps a été liée à la cycles naturelscomme la rotation de la Terre sur son axe, qui détermine un jour, ou l’orbite de la Terre autour du Soleil, qui définit une année. Les montres mécaniques utilisent des mécanismes qui fonctionnent par engrenages et oscillations du penduletandis que les montres à quartz, les plus répandues aujourd’hui, utilisent le vibrations d’un cristal quartz qui oscille à une fréquence constante lorsqu’un courant électrique lui est appliqué.
Ces méthodes, bien que adaptées au quotidien, ont leurs limites. Les montres traditionnelles peuvent prendre de l’avance ou être en retard en raison de facteurs tels que les changements de température, la gravité ou l’usure des composants. De plus, la rotation de la Terre, la plus ancienne « horloge » naturelle, ce n’est pas si exact comme on pourrait le penser. En effet, sa vitesse varie légèrement dans le temps en raison de phénomènes tels que les tremblements de terre et les marées. Cela soulève la nécessité d’un système de mesure du temps plus précis, en particulier dans le monde technologique d’aujourd’hui où la précision est cruciale.
Laboratoire national de physique de Teddington
Une horloge atomique optique à ions strontium au Laboratoire national de physique de Teddington, Royaume-Uni.
HORLOGES NUCLÉAIRES, PRÉCISION ATOMIQUE
C’est là qu’interviennent les horloges atomiques. Contrairement aux horloges traditionnelles qui reposent sur des mécanismes physiques, les horloges atomiques mesurent le temps grâce à atomes. Mais comment font-ils ? La clé réside dans une propriété fondamentale des atomes : leur capacité à vibrer à une fréquence extrêmement constante.
Une horloge atomique utilise le comportement de certains atomes, comme ceux de césium ou strontium. Ces atomes, lorsqu’ils sont excités par des micro-ondes ou des lasers, vibrent ou « oscillent » à des fréquences très précises. Dans le cas de l’horloge au césium, qui est l’une des plus courantes, elle est basée sur la fréquence de transitions énergétiques des électrons dans l’atome. Pour être plus précis, une seconde dans une horloge atomique au césium est définie comme le temps nécessaire à l’atome pour fonctionner. 9 192 631 770 oscillations.
Ce qui est étonnant avec les horloges atomiques, c’est que cette fréquence est incroyablement écurie. Les atomes ne sont pas affectés par des facteurs externes tels que la température ou la pression de la même manière que les engrenages d’une montre mécanique. En conséquence, les horloges atomiques peuvent mesurer le temps avec un précision étonnante. Les meilleures horloges atomiques actuelles ont une marge d’erreur de moins d’une seconde en millions d’années. C’est un niveau de précision qui dépasse notre quotidien !
Université du Colorado
L’horloge atomique au césium NIST-F1, située à Boulder, Colorado, est l’une des plus précises au monde. Photo : Université du Colorado.
POURQUOI MESURER LE TEMPS AVEC AUSSI PRÉCISION ?
À première vue, il peut sembler que nous n’avons pas besoin de mesurer le temps avec autant de précision. Après tout, est-ce vraiment important si notre horloge recule ou avance de quelques secondes ? Pour la plupart d’entre nous, probablement pas. Mais dans de nombreux domaines, notamment technologie moderneces secondes font une grande différence.
L’un des exemples les plus clairs est le système de positionnement global (GPS). Les satellites GPS s’appuient sur des horloges atomiques pour se synchroniser avec précision et déterminer l’emplacement localisation exacte des appareils sur Terre. Une petite erreur dans la mesure du temps pourrait entraîner plusieurs kilomètres d’erreur dans l’emplacement. Les horloges atomiques jouent également un rôle crucial dans télécommunicationsla synchronisation de réseaux électriques et le recherche scientifiquecomme la physique des particules ou l’astronomie, où même de minuscules différences temporelles peuvent être significatives.
De plus, ces dernières années, des horloges atomiques encore plus avancées, appelées horloges nucléaires. Ces dispositifs, basés sur l’énergie des noyaux des atomes plutôt que des électrons, promettent d’être encore plus précis que les horloges atomiques actuelles. Bien qu’ils soient encore en phase de recherche, ils devraient révolutionner à l’avenir la façon dont nous mesurons le temps et effectuons des calculs scientifiques.
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