ACES-PHARAO est une mission spatiale dont le but est de réaliser une échelle
de temps à bord de la Station Spatiale Internationale, et d’en permettre la
comparaison avec les échelles de temps sol réalisées dans différents instituts
métrologiques. Cela permettra un nombre de tests expérimentaux de la
relativité générale, notamment un test du décalage gravitationnel des
horloges, à des niveaux inégalés.

La plateforme ACES désigne l’ensemble de la charge utile, dont le maître d’œuvre est l’Agence Spatiale Européenne (ESA). PHARAO désigne l’horloge à jets d’atomes froids de césium qui assure le pilotage de l’échelle de temps à bord de cette plateforme et qui lui confère son exactitude inédite dans l’espace. Cette horloge a été financée par le CNES et développée avce l’expertise du Laboratoire Kastler Brossel et le SYRTE, notamment au sein de l’équipe « Métrologie des Fréquences Micro-Ondes ».

 Analyse des données

L’équipe Théorie est impliquée depuis le début du projet dans la définition et
l’étude des objectifs scientifiques, la spécification des équipements, et la
préparation du traitement des données, plus particulièrement celles qui
proviendront du lien micro-ondes (MWL). Elle sera ainsi en première ligne pour
extraire les résultats scientifiques et pour leur interprétation en termes
d’une possible violation des lois fondamentaux de la physique.

Signaux MWL de transfert de temps

La méthode repose sur un transfert de temps à 3 signaux : un signal montant (station sol vers station spatiale) en bande Ku, un signal descendant à une fréquence voisine, et un autre signal descendant à fréquence plus faible (bande S) afin de déterminer et corriger les effets dispersifs dus à l’ionosphère. On applique en outre une méthode de comparaison 2-voie qui permet d’éliminer, au premier ordre, l’impact de notre méconnaissance de la distance entre les deux stations.

 Résultats scientifiques attendus

En transportant ainsi une échelle de temps extrêmement stable et exacte en orbite au dessus de différentes stations sol, ACES permettra d’effectuer des comparaisons d’horloge à un niveau inégalé entre les horloges les plus performantes au monde. En autorisant la comparaison entres horloges optiques utilisant différentes espèces atomiques, ACES placera de nouvelles limites supérieures à de possibles variations de constantes fondamentales (α, m_e/Λ_QCD, and m_q/Λ_QCD).

D’autres tests de physique fondamentale seront également possibles : l’effet de redshift gravitationnel sera comparé aux valeurs prédites par la théorie de la relativité générale, avec une incertitude pouvant être réduite jusqu’à 10^-6 (35 fois mieux que les précédentes mesures de ce type).

Enfin nous utiliserons ces mesures pour tester et contraindre des théories alternatives à la relativité générale.