2 avril 2015
Le fonctionnement d’une fontaine atomique est séquentiel (temps de cycle de 1 à 1,6 s). A chaque cycle, quelques 106 à 107 atomes sont capturés dans une mélasse optique, à l’intersection de six faisceaux lasers, puis refroidis à une température de l’ordre du µK, à partir d’une vapeur atomique ou d’un piège magnéto-optique à deux dimensions. Ils sont ensuite lancés verticalement dans l’enceinte à vide à une vitesse de quelques m/s. Ils y effectuent un vol balistique, atteignant une apogée de l’ordre de 1 m, avant de retomber, d’où la dénomination de ce type d’horloge.
Après leur lancement, les atomes sont d’abord préparés dans un des deux états de la transition d’horloge au moyen d’une impulsion micro-onde en traversant un premier résonateur suivie d’une interaction avec un faisceau laser ‘’pousseur’’. Les atomes sélectionnés traversent ensuite une seconde cavité micro-onde, une fois à la montée et une seconde fois à la descente. Ils subissent ainsi une interrogation de Ramsey, dont la réponse en fréquence se présente sous la forme de franges d’interférence, dont la largeur, de l’ordre de 1 Hz, est inversement proportionnelle au temps passé au dessus du résonateur. Les populations des deux états de la transition d’horloge sont enfin mesurées en détectant la fluorescence induite par un jeu de faisceaux laser, ce qui permet de calculer la probabilité de transition. C’est cette grandeur qui est utilisée comme discriminateur de fréquence pour réaliser l’horloge.