Horloge atomique, comment déterminer la durée du temps ?
Bonjour à tous,
Pour un premier message sur le forum je vais poser une question qui me taraude depuis un moment ...
Je sais que les horloge atomique on une précision inégalée, cependant je me demande comment l'homme a t il pu déterminer que tel ou tel atome (car c'est bien d'atomes qu'il s'agit ?) possédait la plus grande précision. Car pour cela il faudrait connaitre la durée exacte du temps ...
J'espère avoir été clair dans ma question et je vous remercie pour vos lumière.
Bonjour,
La première chose à voir, c'est que ce qui va être utile dans l'atome choisi (le césium), c'est quelque chose qui n'est pas un temps.
Les atomes possèdent des raies d'absorption de la lumière correspondant chacune à une certaine énergie. celles ci ont une largeur.
Et ce qui va être utilisé c'est la connaissance de la différence d'énergie entre 2 raies.
On choisira donc 2 raies très fines.
Un deuxième point c'est que ce ne sont pas des atomes de césium qui vibrent et qui forment l'horloge. Ils servent pour sa mise au point et après je suppose qu'on peut s'en passer pendant pas mal de temps.
J'espère que tu auras des réponses de personnes plus pointues que moi.
Je te remercie déjà pour cet éclaircissement
Si je ne me trompe pas, elle est là (l'horloge au cesium) pour corriger les infimes erreurs d'une horloge à quartz mise en parallèle, donc elle est nécessaire continuellement.Envoyé par alovesupreme
Cordialement
Bonjour.
Je ne suis pas expert en la matière, mais je crois savoir qu'une horloge au césium utilise vraiment du césium en son fonctionnement. On met le césium dans un four pour avoir de la vapeur et on l'éclaire avec les micro-ondes dont la fréquence correspond à la transition choisie. Quand la fréquence est la bonne, l'absorption des micro-ondes par la vapeur de césium est maximale. On utilise la fréquence de transition entre deux états avec les bonnes caractéristique et on asservit l'oscillateur des micro-ondes avec un oscillateur au quartz, lui même de précision On asservit l'oscillateur à quartz de sorte qu'un des harmoniques de sa fréquence coïncide avec la fréquence de micro-ondes. Donc, on sait que la fréquence du quartz est un sous-multiple connu de la fréquence du césium.
On peut maintenant compter le nombre d'oscillations que fait le quartz entre deux (ou plus) passages d'une étoile au zénith, pour calibrer le césium.
Bon, ce n'est pas exactement ce que l'on fait (le passage au zénith), mais ça donne une idée de comment marche la manip.
Au revoir.
Pas du tout, comme obi76 et LPFR l'ont dit ce sont bien les atomes de Cs qui "forment l'horloge", en asservissant un résonateur microonde.
On ne calibre pas le césium, pour la bonne raison que c'est lui qui donne la définition de la seconde...
À noter que dans les prochaines années il pourrait bien y avoir une nouvelle définition de la seconde, du fait des avancées considérables des horloges atomiques optiques.
Au temps pour moi dans ce cas.
Je pensais qu'il existait un système oscillant stable dont il fallait trouver la bonne fréquence grace au jet de césium.
Si le systeme à quartz doit etre piloté par le jet c'est différent.
Bonjour Chip,
Je n'avais jamais entendu parler des horloges optiques.
Je suis tombé sur ce site: horloges optiques
J'en comprend mal le principe.
On dit que l'on verrouille le laser qui reste stable et qu'on utilise ensuite une horloge à laser.
Dans ce cas qui pilote qui
Wouaw ... Que dire ... Merci pour ces infos.
Cependant, ma question serait plutôt : pourquoi le césium et pas un autre atome ? ...
Ce que je veux dire c'est que pour avoir désigné le césium, c'est qu'on en connais la durée d'oscillation, et que cette durée possède une similitude avec la durée du temps. Mais pour dire que c'est le césium qui s'en rapproche le plus, il faut un valeur de référence.
Quel est cette valeur de référence ?
C'est simple. Les appareillages utilisés pour mesurer les durées sont en général bâtis sur des phénomènes périodiques plus ou moins réguliers. Ex : les saisons, l'alternance jour./nuit, le pendule oscillant, la clépsydre (que quelqu'un doit retourner en permanence des quelle est vide), l'horloge atomique...cependant je me demande comment l'homme a t il pu déterminer que tel ou tel atome (car c'est bien d'atomes qu'il s'agit ?) possédait la plus grande précision
Une facon simple de savoir lequel est le plus précis, consiste à mesurer avec les uns les périodes d'oscillation des autres. Celui pour lequel il est impossible de mesurer (avec les autres) une moindre irrégularité dans la période est le plus précis car son imprecision est inférieure à l'incertitude de mesure des autres horloges.
Nullement, la seule chose dont ait besoin en réalité c'est d'une référence dont la précision soit au moins inférieure à la durée la plus courte que l'on souhaite mesurer. En particulier, la seconde est définie comme un nombre de période d'oscillation entre deux états de l'atome de césium.Car pour cela il faudrait connaitre la durée exacte du temps ...
Il n'y a pas une durée d'oscillation du césium.
A la différence d'énergie entre les deux raies choisies est reliée "naturellement" une fréquence nu par la relarion E = h nu.
c'est cette fréquence qui sert de référence.
Je te remercie pour cette réponse claire grâce à laquelle je comprend dès à présent quelque chose qui m'échappait depuis longtemps ...
Merci à toi.
De même que je remercie alovesupreme pour la précision !
Je me permet de faire un double post, le bouton éditer à disparu :/
En fait c'est surtout cette précision ci dessus qui m'a permis de comprendre. Merci
J'aurais toutefois une autre question ...
Afin que des irrégularité soit observable, il faut qu'il y en aie. Et je suis surpris qu'il existe des irrégularité dans une oscillation. Si perturbation il y a, le peu de connaissance que je possêde me disent que cela doit venir de l'extérieur et cela induit une sorte d'interférence ... Enfin, le fait qu'il puisse existé des irrégularité dans une oscillation m'échappe ...
De même que les horloges atomiques fonctionnant dans le domaine microonde asservissent la fréquence d'oscillation d'un oscillateur microonde, les horloges optiques asservissent un oscillateur optique (= un laser).
En principe on pourrait prendre pour référence n'importe quelle paire de niveaux de n'importe quel atome (ou molécule). Mais en pratique pour arriver à une bonne précision et une bonne stabilité il y a beaucoup de critères à prendre en compte... Notamment le fait que les niveaux choisis doivent être suffisamment stables (ce qui correspond à une fréquence de transition très bien définie), que la transition correspondante soit dans une gamme de fréquence pratique, que l'atome soit facilement manipulable et "interrogeable", qu'il soit assez peu sensible à des perturbations extérieures, etc.
Si, c'est bien une "oscillation" du césium qui est utilisée dans les horloges atomiques. Plus précisément on observe le déphasage entre les deux niveaux hyperfins du niveau fondamental -- on peut voir ça comme une oscillation du "spin fictif" associé à ces deux niveaux. La période de cette "oscillation" est 1/9.192.631.770 s...
Il y a plusieurs aspects. D'une part on veut pouvoir mesurer l'oscillation du système de référence le mieux possible, afin de pouvoir asservir un oscillateur de façon stable sur la fréquence de référence. Une mesure est toujours imparfaite (on est, en pratique, limité par des effects quantiques!), ce qui induit une instabilité. D'autre part on veut que le système de référence soit très peu perturbé par des influences extérieures, qui décalent sa fréquence. Pour donner un ordre d'idée de la précision requise, sur les horloges atomiques modernes il faut prendre en compte jusqu'à l'influence du rayonnement du corps noir de l'enceinte dans laquelle sont placés les atomes!
Bonjour.
On ne calibre pas le césium, pour la bonne raison que c'est lui qui donne la définition de la seconde...Je me suis sans doute mal exprimé.Quel est cette valeur de référence ?
Je ne voulais pas dire qu'il fallait calibrer chaque horloge atomique. Ce que je voulais dire est qu'il a bien fallu, avant de changer la définition de la seconde, mesurer la fréquence de transition du césium avec la précision requise mais en utilisant la définition précédente de la seconde qui était, sauf erreur de ma part, astronomique.
Il en fut de même pour la définition du mètre. Il a bien fallu mesurer la longueur d'onde qui sert actuellement d'étalon par rapport à la longueur de l'étalon de Sèvres. Lequel fut fabriqué à partir des mesures du méridien faites en toises.
Non, hélas! Il y a des irrégularités qui sont intrinsèques au processus. La première est l'effet Doppler. Les atomes de césium ne sont pas à l'arrêt et la fréquence des émissions et absorptions des photons en est modifiée par cet effet. Un autre est le fait qu'en émettant un photon, l'atome recule (comme pour une arme à feu). Donc, une partie de l'énergie passe à l'atome lui même et la fréquence d'émission diminue. Même situation dans l'absorption.
C'est pour cela que les "molasses optiques" sont très étudiés. Si on arrive à avoir des atomes isolés avec peu de vitesse, la fréquence sera plus précise.
Au revoir.
Je comprend de mieux en mieux.
Et je voue en remercie.
Donc, si j'ai bien compris, en langage vulgaire cela donne que chaque nouvelle définition de la seconde,est un moyen plus précis de la mesurer? ...
Pour trouver ce moyen plus précis on fait des recherches en mesurant "des oscillation" avec ce qui est utilisé pour définir la seconde, si on trouve "quelque chose" qui peut être utilisé pour mesuré le temps, on vérifie donc si avec ce nouveau moyen on peut mesurer des imperfections dans l'ancien ...
Genre, avec un sablier, on observe que le césium peut être utilisé et avec le césium on peut mesurer des irrégularité dans le sablier ... (exemple peut être pas réel mais cela m'aide à comprendre)
Donc, chaque nouvelle méthode permet de mesurer des durées plus courtes que la précédente.
La méthode ultime serait une qui nous permettrait de mesurer l'instant de Plank alors ? ...
Re.
Oui, mais je le rédigerai à l'inverse, quand on trouve un moyen plus précis, plus fiable et plus facile à reproduire, on change de définition (une fois que tout le monde est d'accord).
Par exemple, on n'a pas encore réussi à définir la masse autrement que par comparaison avec l'étalon de Sèvres. Et les étalons secondaires dans les autre pais on été mesurés par rapport à celui de Sèvres. Vous imaginez la complication que cela représente d'en fabriquer un autre étalon? Mais si on pouvait définir le kg à partir d'une fréquence, on serait affranchi de ce type de manip.
Oui, ce n'est pas évident. On ne peut pas évaluer sa précision avec l'ancien puisqu'il est moins précis. Il faut recourir à des méthodes indirectes, mesure du spectre (en décalant les fréquences), comparaison avec d'autres appareils similaires, et sûrement d'autres méthodes que je ne connais pas, puisque, comme je l'ai déjà dit, je ne suis pas du tout calé en la matière.Pour trouver ce moyen plus précis on fait des recherches en mesurant "des oscillation" avec ce qui est utilisé pour définir la seconde, si on trouve "quelque chose" qui peut être utilisé pour mesuré le temps, on vérifie donc si avec ce nouveau moyen on peut mesurer des imperfections dans l'ancien ...
Genre, avec un sablier, on observe que le césium peut être utilisé et avec le césium on peut mesurer des irrégularité dans le sablier ... (exemple peut être pas réel mais cela m'aide à comprendre)
Ça, seul Dieu le sait (peut-être).Donc, chaque nouvelle méthode permet de mesurer des durées plus courtes que la précédente.
La méthode ultime serait une qui nous permettrait de mesurer l'instant de Plank alors ? ...
A+
Bon bon, me voila moi bête donc
Merci à vous pour vos réponses et particulièrement LPFR, chip et Karibou Blanc.
A bientôt !
Un laser oscille t il de façon stable?
Je pose la question dans ce sens:
Si l'on excite les atomes de césium avec un laser à fréquence ajustable (ca existe?) à la bonne fréquence on pourrait le caler et se passer du césium quelques temps avant de le recaler.
Sinon je n'ai toujours pas compris le principe des horloges optiques.
Re.
Je suppose que cela dépend des lasers (des transitions utilisées), mais il n'y a aucune raison pour qu'un laser soit plus stable que le césium. De plus, on abeaucoup moins de choix des transitions pour un laser que pour une application type horloge atomique.
Je ne pense pas que cela soit très intéresant.
[QUOTE=alovesupreme;1878331
Sinon je n'ai toujours pas compris le principe des horloges optiques.
Cela fait partie de l'énorme tas de choses que je ne connais pas.
A+
Ça dépend du laser, bien entendu. Pour les lasers les plus stables, on asservit le laser "à court terme" sur une cavité optique (qui est encore plus stable) et à long terme sur une référence atomique.
C'est exactement ça qui est fait (sauf qu'en général il ne s'agit pas du césium pour les horloges optiques).Je pose la question dans ce sens: Si l'on excite les atomes de césium avec un laser à fréquence ajustable (ca existe?) à la bonne fréquence on pourrait le caler et se passer du césium quelques temps avant de le recaler.
Et pourtant c'est bien le principe qui est utilisé...
J'ai lu qu'on se basait sur des ions de strontium.
Comment ca s'articule ensuite avec le laser et l'horloge à césium (puisqu' il semble qu'il y en a une en plus)?
Ce n'est qu'un des candidats possibles. Il y a aussi l'ytterbium, le mercure, le calcium...
Il n'y a pas sytématiquement une horloge à césium. Quand on veut comparer une horloge à césium avec une horlorge optique, on utilise un peigne de fréquences pour faire le lien entre les deux domaines de fréquences.
