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L'horloge atomique - la deuxième partie -

Faisons maintenant si simple et courte fonctionnement de ces machines presque parfait. Les horloges atomiques maser emploient une cavité résonante contenant un gaz ionisé. Habituellement, la teneur en césium est utilisée parce que cela constitue la base de la définition de la seconde comme 9192631770 cycles de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux d'énergie spécifiques de l'état fondamental de cet élément.

Cela rend l'oscillateur de césium, comme on l'appelle quelquefois l'horloge atomique, l'étalon primaire pour la mesure de temps et de fréquence. D'autres grandeurs physiques telles que volts et le compteur sont définis en remettant en question la deuxième comme une quantité fondamentale. Le coeur d'une horloge atomique est réalisé en plus de la cavité à micro-ondes a déjà été mentionné, par un oscillateur / émetteur radio accordable et une boucle de rétroaction (système d'asservissement) qui ajuste la fréquence de l'oscillateur exactement à la fréquence à laquelle il a la résonance de le type particulier atomique contenu dans la cavité. L'émetteur remplit la cavité avec des ondes stationnaires; lorsque la fréquence coïncide avec la fréquence de résonance du gaz, les électrons des atomes absorbent les ondes radio et de sauter au niveau d'énergie plus élevé.

De retour à la lumière émettent nouveau niveau initial sous la forme de l'énergie absorbée précédemment.

Si la fréquence de pompage différente de la valeur de résonance, l'intensité de la lumière produite diminue. Une cellule photoélectrique détecte la modification et ensuite un circuit corrige la fréquence dans la direction pour amener l'intensité lumineuse à la valeur maximale. La façon dont fonctionne ce processus de rétroaction est évidemment plus complexe, car il faut aussi supprimer les effets indésirables tels que les fréquences des autres niveaux électroniques ou des distorsions dans les transitions, les variations de température et ainsi de suite.

Par exemple, la fréquence des ondes radio peut être modulée de façon sinusoïdale de sorte que la luminosité de la cellule photoélectrique présente une tendance similaire variable. Ce signal peut alors être utilisé pour contrôler la dérive à long terme de la fréquence. Le résultat est de faire osciller (dans une certaine marge d'erreur), le générateur de micro-ondes en fonction des caractéristiques quantiques très précises de césium. Lorsque le système est allumé, il est nécessaire d'aller à un certain temps pour que le régime et le produit donné est fiable.

Enfin, un compteur qui compte les cycles de la fréquence d'origine et les transmet à un ordinateur, qui les présente sous forme numérique, ou les transmet par radio ou via l'Internet. Il existe plusieurs variantes à cette configuration. Les horloges au rubidium ont un faible coût, un espace limité (les modèles commerciaux occupent un volume de 400 cm3) et une bonne stabilité thermique à court terme. Ils sont utilisés dans des applications commerciales dans l'industrie aérospatiale. Le maser à hydrogène (construit en particulier en Russie) ont une meilleure stabilité à court terme d'autres systèmes, mais moins de précision à long terme. une norme est souvent utilisée pour corriger une autre. Par exemple, dans certaines applications commerciales, il est employé un oscillateur rubidium associé à un récepteur du système mondial de positionnement.

Cette méthode permet d'obtenir une bonne précision à court terme avec une stabilité à long terme se réfère au temps de la norme américaine (de dont le gouvernement a administré le GPS). Importance pratique est la durée d'une vie de référence standard. tuyaux modernes maser rubidium durent plus de dix ans et ont un coût d'environ 50 €. Le césium tubes utilisés par les bureaux nationaux de métrologie dure depuis environ sept ans et a coûté plus de 30.000 €.

Les systèmes d'hydrogène ont une durée de vie limitée à partir du rapport entre la quantité d'hydrogène accumulé (typiquement des cylindres avec de l'hydrure à l'intérieur) et celle consommée par unité de temps. Le meilleur système actuellement mis au point des utilisations d'ions de mercure. Il a été créé au NIST qui utilise un laser avec une impulsion femtoseconde. Il a une précision de 5 ordres de grandeur plus que les horloges au césium. Ses concepteurs disent qu'il pourrait être confondu avec une seconde « après 4,5 milliards d'années. »

Article par Marco Parravicini de bijoux Parravicini : ventes en ligne Montres et bijoux .

La première partie de l'article consacré horloge atomique .