392
16 • Noyau atomique et structure hyperfine des niveaux électroniques
La fréquence de cette transition est mesurée avec une très grande précision grâce au
maser à hydrogène et elle vaut :
A
2p
1 420 405 751,768 ± 0,001 Hz
(16.3.27)
La valeur de A donnée par (16.3.23) est évidemment tout à fait insuffisante pour
obtenir tous les chiffres significatifs expérimentaux. Mêmes les théories actuelles les
plus sophistiquées ne permettent pas d’obtenir un parfait accord avec l’expérience.
16.3.4 Horloges atomiques
L’exactitude de la mesure du temps s’est accrue de manière spectaculaire depuis
les années 1950 grâce aux horloges atomiques. Celles-ci sont en effet basées sur
l’utilisation des fréquences de transition entre des niveaux d’énergie hyperfins de
certains atomes qui sont définies avec une très grande précision. Il en est résulté une
nouvelle définition de la seconde, unité de temps du Système International d’unités.
a) Définition de la seconde
La plus récente définition de la seconde a été adoptée en 1967 lors de la 13
e Conférence générale des poids et mesures, en utilisant la transition hyperfine de l’atome de
césium 133. La seconde est définie comme suit :
La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant
à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de
césium 133.
Certains laboratoires spécialisés de quelques pays fabriquent des horloges atomiques à jet de césium qui constituent les étalons primaires de temps. En France,
c’est le Laboratoire primaire du temps et des fréquences, dépendant du Bureau National de Métrologie (BNM), qui a mis en oeuvre une horloge atomique à césium
dont les incertitudes relatives sont de l’ordre de 10
−14 .
Depuis quelques années, ce laboratoire a développé une technique, appelée fontaine atomique, dont le principe est analogue à l’horloge à césium classique mais
qui utilise des atomes dont les vitesses ont été extrêmement ralenties, de l’ordre de
quelques centimètres par seconde, devenant ainsi des atomes « froids ». Cette nouvelle technique a permis d’améliorer l’exactitude d’environ un facteur 10, et d’espérer un facteur 100, par rapport aux horloges à césium classiques.
D’autres étalons de temps sont également des horloges atomiques utilisant des
atomes d’hydrogène, de rubidium ou des ions mercure, et répondent à des besoins
spécifiques.
b) Horloge atomique à césium
Afin qu’une horloge atomique présente un maximum d’exactitude et de stabilité, on
choisit une transition entre états atomiques dont la raie de résonance soit très fine, et
dont la fréquence soit aussi indépendante que possible des conditions extérieures.
16 • Noyau atomique et structure hyperfine des niveaux électroniques
La fréquence de cette transition est mesurée avec une très grande précision grâce au
maser à hydrogène et elle vaut :
A
2p
1 420 405 751,768 ± 0,001 Hz
(16.3.27)
La valeur de A donnée par (16.3.23) est évidemment tout à fait insuffisante pour
obtenir tous les chiffres significatifs expérimentaux. Mêmes les théories actuelles les
plus sophistiquées ne permettent pas d’obtenir un parfait accord avec l’expérience.
16.3.4 Horloges atomiques
L’exactitude de la mesure du temps s’est accrue de manière spectaculaire depuis
les années 1950 grâce aux horloges atomiques. Celles-ci sont en effet basées sur
l’utilisation des fréquences de transition entre des niveaux d’énergie hyperfins de
certains atomes qui sont définies avec une très grande précision. Il en est résulté une
nouvelle définition de la seconde, unité de temps du Système International d’unités.
a) Définition de la seconde
La plus récente définition de la seconde a été adoptée en 1967 lors de la 13
e Conférence générale des poids et mesures, en utilisant la transition hyperfine de l’atome de
césium 133. La seconde est définie comme suit :
La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant
à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de
césium 133.
Certains laboratoires spécialisés de quelques pays fabriquent des horloges atomiques à jet de césium qui constituent les étalons primaires de temps. En France,
c’est le Laboratoire primaire du temps et des fréquences, dépendant du Bureau National de Métrologie (BNM), qui a mis en oeuvre une horloge atomique à césium
dont les incertitudes relatives sont de l’ordre de 10
−14 .
Depuis quelques années, ce laboratoire a développé une technique, appelée fontaine atomique, dont le principe est analogue à l’horloge à césium classique mais
qui utilise des atomes dont les vitesses ont été extrêmement ralenties, de l’ordre de
quelques centimètres par seconde, devenant ainsi des atomes « froids ». Cette nouvelle technique a permis d’améliorer l’exactitude d’environ un facteur 10, et d’espérer un facteur 100, par rapport aux horloges à césium classiques.
D’autres étalons de temps sont également des horloges atomiques utilisant des
atomes d’hydrogène, de rubidium ou des ions mercure, et répondent à des besoins
spécifiques.
b) Horloge atomique à césium
Afin qu’une horloge atomique présente un maximum d’exactitude et de stabilité, on
choisit une transition entre états atomiques dont la raie de résonance soit très fine, et
dont la fréquence soit aussi indépendante que possible des conditions extérieures.