Métrologie des fréquences micro-ondes

PHARAO - ACES

Le programme spatial de l'ESA ACES/PHARAO, fruit d'une collaboration entre plusieurs organismes et laboratoires européens a pour objectifs principaux de:

• Valider de nouvelles technologies embarquées concernant les horloges atomiques et les moyens de transfert des signaux d'horloge. Ces systèmes seront installés sur la station spatiale internationale.
• Utiliser ces instruments pour effectuer des comparaisons de temps et de fréquence avec des résolutions inégalées et avec une couverture mondiale. Les comparaisons se feront avec l'ensemble des horloges développées dans les laboratoires des différentes nations. La résolution en temps sera de l'ordre de dix ps de 1 à 10 jours et en fréquence elle sera de 10^-16 à 10^-17 en valeur relative.
• Etudier l'espace-temps à partir de ces données de comparaisons. La finalité est de contraindre les domaines de validité des différentes théories de relativité. En particulier il s'agira de rechercher des instabilités sur les constantes fondamentales de la physique dans le temps et dans l'espace.
  Sur le plan instrumental le CNES et le SYRTE ont en outre la charge de développer le coeur du dispositif: l'horloge à atomes froids PHARAO.
• Cette horloge à césium d'une technologie innovante donnera la performance ultime pour réaliser les objectifs de la mission. Sa construction est sous-traitée à plusieurs compagnies industrielles. Son assemblage et sa qualification finale se feront au CNES à Toulouse.

Gauche: La source laser fournit les outils pour manipuler les atomes de césium. Elle est reliée au coeur du système, le tube césium, par des fibres optiques.
Droite: Dans le tube césium les atomes sont refroidis, lancés, excités par un signal micro-onde puis détectés. Ce signal de détection permet de verrouiller la fréquence de la source micro-onde sur la résonance atomique.