Des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine ont réalisé une avancée majeure dans la technologie des horloges optiques, en développant une horloge à réseau optique au strontium dont la stabilité et l’incertitude dépassent toutes deux le niveau 10⁻¹⁹, ce qui signifie que l’horloge perdrait ou gagnerait moins d’une seconde sur environ 30 milliards d’années.
Les résultats ont été publiés jeudi dans la revue internationale de métrologie Metrologia.
Les horloges optiques sont considérées comme les appareils de chronométrage les plus précis actuellement disponibles. Ils mesurent le temps en utilisant la fréquence de la lumière émise lorsque les électrons passent d’un niveau d’énergie à l’autre dans les atomes.
Au-delà de la mesure du temps, les horloges optiques peuvent fournir des références temporelles très précises pour les technologies modernes telles que la navigation par satellite, les télécommunications et les mesures de précision. Ils offrent également de nouvelles plateformes expérimentales pour tester la physique fondamentale, notamment la relativité générale, ainsi que pour la détection des ondes gravitationnelles et de la matière noire.
Atteindre à la fois la stabilité et l’incertitude au niveau 10⁻¹⁹ ouvre la porte à une gamme d’applications frontières. Celles-ci incluent des mesures au niveau millimétrique du potentiel gravitationnel et de l’altitude, qui pourraient aider à surveiller la déformation de la croûte, les changements des eaux souterraines et l’activité volcanique, ainsi qu’à améliorer la cartographie du géoïde pour la prévention des catastrophes et l’exploration des ressources.
La technologie pourrait également permettre de nouvelles approches pour détecter la matière noire en capturant des signaux transitoires basse fréquence potentiellement induits par les interactions avec la matière noire.
Auparavant, la plupart des horloges optiques dans le monde fonctionnaient avec une stabilité et une incertitude combinées au niveau 10⁻¹⁸. Seules quelques institutions de premier plan, telles que l’Institut national des normes et de la technologie aux États-Unis et la Physikalisch-Technische Bundesanstalt en Allemagne, avaient atteint ce niveau de précision.
Cette nouvelle réalisation offre une voie technologique viable pour le développement d’horloges optiques portables et spatiales. Les chercheurs affirment que cela pourrait prendre en charge de futures applications, notamment des tests de lois physiques fondamentales, des systèmes de navigation par satellite de nouvelle génération et l’établissement d’un étalon horaire mondial unifié ultra-précis.
