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Métrologie des fréquences micro-ondes

Horloges à fontaine atomique

La faisabilité des horloges à fontaine atomique a été démontrée il y a maintenant plus de quinze ans, au début des travaux sur le refroidissement d'atomes par laser, tout d'abord avec des atomes de sodium à Stanford puis par le SYRTE en collaboration avec le LKB avec du césium. La première fontaine à césium à vocation métrologique a été construite par le SYRTE et fonctionne depuis fin 1993. Depuis, de nombreuses fontaines atomiques ont été développées par les instituts de métrologie de presque tous les pays industrialisés. Les prévisions de stabilité de fréquence de quelques 10^-14 sur une seconde de mesure et d'exactitude ~10^-16 sont, au laboratoire, quasiment atteintes.Le laboratoire dispose de trois fontaines atomiques différentes : l'une, la fontaine initiale a été récemment modernisée ; la deuxième dérivée du prototype d'horloge pour l'expérience PHARAO est transportable (la seule au monde) et a servi à faire des mesures de la fréquence de la transition 1S-2S de l'hydrogène à Garching au Max Planck Institut fur Quantum Optik, elle sera prochainement utilisée pour les tests de l'horloge spatiale à Toulouse ; la troisième est une fontaine atomique qui fonctionne maintenant simultanément avec des atomes de rubidium 87 et des atomes de césium. Elle a déjà permis de montrer que le rapport des fréquences hyperfines du Rb et du Cs dérive de moins que 5.10^-16/an.

Des comparaisons avec des horloges utilisant d'autres atomes permettront à plus long terme de tester d'éventuelles variations de certaines interactions fondamentales. Depuis quelques années maintenant les fontaines atomiques déterminent presque totalement l'exactitude de la seconde du SI.

Photos:
Gauche: Cavité micro-onde de l'horloge Rb/Cs en cours de montage.
Droite: Franges de Ramsey obtenues avec les fontaines atomiques. En encart, la frange centrale de 1 Hz de largeur.