Des physiciens de l'Université du Wisconsin-Madison ont créé l'une des horloges atomiques les plus précises et les plus performantes de tous les temps : elle s'appelle " l'horloge atomique à réseau optique ", elle peut mesurer les différences de temps avec une précision équivalente à la perte d'une seule seconde tous les 300 milliards d'années . et est le premier exemple d'horloge optique "multiplexée", dans laquelle six horloges différentes peuvent exister dans le même environnement, en particulier une chambre à vide. L'annonce de la création de la nouvelle horloge atomique a été donnée par la revue Nature . L'outil permet à l'équipe de chercheurs de tester de nouvelles voies de recherche sur les ondes gravitationnelles, d'essayer de détecter la matière noire et de découvrir de nouveaux aspects de la physique avec les horloges.

Les horloges atomiques sont si précises parce qu'elles tirent parti d'une propriété fondamentale des atomes : lorsqu'un électron change de niveau d'énergie, il absorbe ou émet de la lumière avec une fréquence identique pour tous les atomes d'un élément particulier. Les horloges atomiques optiques gardent l'heure en utilisant un laser réglé pour correspondre exactement à cette fréquence et nécessitent certains des lasers les plus sophistiqués au monde pour garder l'heure précise. La précision de la nouvelle horloge atomique a très peu à voir avec l'heure exacte, mais c'est une découverte fondamentale dans le domaine de la recherche scientifique. Dans leur nouvelle étude, des physiciens de l'Université de Winsconsin-Madison ont créé une horloge multiplexée, dans laquelle les atomes de strontium peuvent être séparés en plusieurs horloges disposées en ligne dans la même chambre à vide.

En utilisant une seule horloge atomique, l'équipe a découvert que leur laser était capable d'exciter de manière fiable des électrons dans le même nombre d'atomes pendant seulement un dixième de seconde. Mais lorsqu'ils ont pointé le laser sur deux montres en même temps et les ont comparées, le nombre d'atomes avec des électrons excités est resté le même jusqu'à 26 secondes. Preuve du fait qu'il était possible de réaliser des expériences significatives bien plus longtemps que ce que le laser, défini par lui-même comme "peu puissant", permettait dans une horloge optique normale.

L'étape suivante consistait à se demander avec quelle précision il était possible de mesurer les différences entre les montres. En fait, deux groupes d'atomes dans des environnements différents fonctionnent à des vitesses légèrement différentes en fonction de la gravité, des champs magnétiques et d'autres conditions. L'équipe a exécuté l'expérience plus d'un millier de fois, mesurant la différence de fréquence de tic-tac des deux horloges pendant un total d'environ trois heures. Comme prévu, comme les montres étaient dans deux positions légèrement différentes, le tic-tac était légèrement différent, mais l'équipe a montré qu'en prenant de plus en plus de mesures, il était possible de mieux mesurer les différences.

Ce qui est ressorti de la recherche, c'est que l'équipe a pu détecter une différence de fréquence de tic-tac entre les deux montres qui correspondrait à un désaccord entre elles d'une seule seconde tous les 300 milliards d'années, une mesure de chronométrage de précision qui établit un record mondial pour deux horloges spatialement séparées.