redéfinir_temps_élément_Lutécium_2018

Beaucoup de choses peuvent arriver en une seconde. vous pourriez rencontrer un étranger, claquer des doigts, tomber amoureux, s’endormir, éternuer. Mais qu’est-ce qu’une seconde – et est-ce aussi précis que nous le pensons? À l’heure actuelle, les horloges les plus précises utilisées pour définir l’heure ont une erreur d’environ 1 seconde tous les 300 millions d’années. Mais les scientifiques pensent que nous pouvons faire mieux.

Ainsi, ils se intéresser au lutétium (ou Lutécium), un élément des terres rares négligé qui se trouve au bas du tableau périodique, selon une nouvelle étude publiée le 25 avril dans la revue Nature Communications.

Pourquoi une seconde est-elle longue d’une seconde?

Dans les temps anciens, une seconde était définie comme une fraction (1/86400) du jour solaire moyen, la rotation de 24 heures de la Terre autour de son axe. Mais la rotation de la Terre peut varier légèrement, les scientifiques ont donc décidé d’arrêter de balayer les cieux pour calibrer nos horloges et de réduire les choses au niveau des atomes – les blocs de construction invisibles de la matière.

En 1967, le Comité international des poids et mesures définissait la seconde comme le temps nécessaire à un atome de césium pour absorber suffisamment d’énergie pour être excité, c’est-à-dire pour que ses électrons passent d’un état d’énergie à un autre. Pour que cela se produise, l’atome doit être pulsé avec exactement 9 192 631 770 cycles de rayonnement micro-ondes.

Bien que ce nombre puisse sembler aléatoire, il vient de mesurer la fréquence des micro-ondes nécessaire pour exciter les atomes de césium dans la moyenne de la définition plus tôt de 1 seconde. Ces mesures ont été prises sur une période de près de trois ans, a rapporté Scientific American.

Au Césium

Actuellement, des centaines d’horloges atomiques au césium sont responsables du temps que nous utilisons et du contrôle de la navigation GPS. Mais au cours de la dernière décennie, une nouvelle génération d’horloges atomiques est apparue, appelée « horloges optiques », et elles sont 100 fois plus précises que celles au césium. Les nouvelles horloges fonctionnent exactement de la même manière que celles au césium, sauf qu’elles utilisent des atomes comme l’aluminium ou l’ytterbium qui sont excités à des fréquences plus élevées de la lumière visible (d’où le nom «optique») plutôt que par les micro-ondes qui sont plus lentes. Cette fréquence plus élevée ajoute plus de précisions à la définition d’une « seconde », ce qui rend les mesures plus précises.

Pour comprendre cela, imaginez les différents types d’horloges comme une paire de règles, a déclaré Murray Barrett, professeur agrégé de physique à l’Université nationale de Singapour et l’auteur principal de cette nouvelle étude. Si l’ancienne règle au «césium» mesurait une ligne de 20 centimètres de long, la règle «optique» plus précise pourrait mesurer la ligne comme, par exemple, 200 millimètres.

Bien que les horloges optiques soient très précises, les faire fonctionner pendant une très longue période et rester stable dans leur environnement peut être problématique, a déclaré Barrett. La température d’une pièce peut modifier les champs électromagnétiques agissant sur ces atomes, ce qui peut fausser la mesure du temps, a déclaré Barrett. Ainsi, les horloges au césium sont encore «beaucoup plus fiables dans leur mise en œuvre que les nouvelles horloges optiques», a déclaré Barrett à Live Science.

Concevoir des horloges atomiques moins sensibles

Dans leur nouvelle étude, M. Barrett et son équipe ont découvert qu’un ion de lutécium est moins sensible aux changements de température ambiante que tous les autres éléments utilisés pour les horloges optiques, ce qui en fait un excellent candidat pour occuper le poste de maître de file du temps.

Les atomes de lutétium peuvent également aider à compenser un autre problème affectant la mesure du temps. En effet, les atomes utilisés dans ces horloges sont chargés, ils se balancent légèrement d’avant en arrière en réponse aux champs électromagnétiques créés par les ondes (lumière visible, micro-ondes, etc.) – et cela peut fausser la mesure du temps. Les scientifiques appellent ce mouvement rapide en avant et en arrière un « changement de « micromotion ».

Parce que les scientifiques doivent compenser ce changement, il est vraiment difficile de développer des horloges atomiques avec plus d’un ion – ce qui rendrait ces horloges plus pratiques, a déclaré Barrett. Mais l’équipe a trouvé qu’ils pouvaient utiliser une propriété naturelle dans un certain type d’ions de lutécium pour annuler ces « changements de « micromotion ».

La température affecte cet élément

Cependant, cela a un coût: ces atomes sont plus sensibles à la température de la pièce. Ce compromis pourrait limiter l’impact de cette nouvelle découverte, et l’atome de lutetium pourrait ne pas être un « vrai changeur de jeu », a déclaré Jérôme Lodewyck, physicien à l’Observatoire de Paris qui ne faisait pas partie de cette étude.

Mais, ce «travail de haute qualité» ajoute un autre élément atomique à la longue liste des candidats chronométreurs qui est une «richesse pour les métrologues» qui recherchent à comparer différentes horloges, a déclaré Lodewyck.

Détecter les déformations temporelles

Mais les horloges optiques de haute précision pourraient permettre de nouvelles applications « ce qui ne serait tout simplement pas possible avec notre technologie actuelle », a déclaré Barrett. Par exemple, les horloges sont sensibles à l’endroit où elles se trouvent dans le monde, car le temps est déformé par la gravité, selon la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. À l’heure actuelle, les horloges atomiques sur Terre ne peuvent pas détecter les minuscules déformations temporelles qui se produisent en raison de la gravité de la Terre.

Mais si les chercheurs pourraient placer des horloges optiques de haute précision à travers le monde, cette configuration pourrait aider les chercheurs à cartographier le champ gravitationnel de notre planète, explique Barrett. Des horloges atomiques plus précises pourraient détecter la matière et l’énergie que nous ne pouvons pas encore voir. Cela pourrait inclure la matière noire, qui exerce une attraction gravitationnelle mais n’interagit pas avec la lumière ordinaire, et l’énergie sombre, cette force mystérieuse qui semble accélérer l’expansion de l’univers.

Son fonctionnement

Voici comment cela pourrait fonctionner: si vous connaissez le fréquence nécessaire pour exciter certains atomes dans le temps d’une seconde, vous pouvez utiliser ces différentes horloges à travers le monde pour détecter les différences au-delà de ce que vous vous attendez normalement. « Il y a quelques théories qui prédisent que la matière noire se trouve partout autour de nous, donc si nous traversons un morceau de matière noire, cela perturberait l’horloge », a expliqué Lodewyck à Live Science.

Le GPS

Ce type d’horloge pourrait même nous permettre de redéfinir la matière telle que nous la concevons et / ou l’espace. pour finalement avoir accès à un temps qui serait si précis, que cela pourrait offrir à nos appareils GPS une précision de quelques milliardièmes de millimètres, alors que présentement les systèmes GPS terrestres que nous utilisons, sont précis à seulement 5 mètres (environ). Ce qui pourrait avoir un énorme impact sur les systèmes de navigations maritimes, ainsi que les voitures autonomes.

Source : Space