Chapitre 8 ACTIVITE 2

Quels effets dissipatifs sont à l’origine de l’abandon de la définition de la seconde dans les années 60 comme étant le 1/86400ème du jour solaire moyen ? Où est la réponse ?

Relever d’autres phénomènes dissipatifs qui sont à l’origine de l’utilisation des atomes pour la mesure du temps. Les oscillateurs mécaniques (horloges à balanciers) manquent de stabilité car leur fréquence d’oscillation dépend de différents paramètres comme de leur géométrie, de facteurs extérieurs comme la température mais il en est de même pour les oscillateurs à quartz. DONC…

UNIVERSELS ??? Cela signifie quoi ? Pourquoi utiliser l’atome pour mesurer le temps ? Les atomes sont universels et l’horloge atomique est stable avec une très courte période sans perte d’énergie. UNIVERSELS ??? Cela signifie quoi ?

Rappeler le phénomène d’absorption-émission d’un photon par un système microscopique, tel qu’il est schématisé sur la figure 1. En absorbant ou en émettant un photon, un atome peut passer d’un niveau d’énergie E1 à un niveau E2. Cette énergie est quantifiée, c'est-à-dire qu’il ne peut y avoir que des passages d’un niveau d’énergie à un autre bien définis suivant les atomes (mais aussi pour les électrons , les molécules). En 1900, Max Planck fut conduit à postuler la quantification de l’énergie transportée par les ondes lumineuses : il conclut que l’énergie lumineuse ne peut s’échanger que par « paquets » ou « quanta » d’énergie. En 1905, Albert Einstein émit l’idée que ces quanta d’énergie sont portés par des particules lumineuses appelées « photons », de masse nulle, non chargées, se déplaçant à la célérité de la lumière. L’énergie est donc proportionnelle à la fréquence

Résumer, sans paraphraser, le principe de l’horloge atomique. Une horloge atomique est un oscillateur qui vibre à 9 192 631 770 Hz mais dont on contrôle finement la fréquence avec des transitions de l’atome de Cs 133. La fréquence du quartz est asservie au phénomène de transitions E1-E2. C’est la richesse du faisceau d’atomes dans l’état E2 par rapport à l’état E1 qui confirme que l’on est à la bonne fréquence.

La période correspondante est Définir la seconde, unité légale de temps, à partir de la fréquence de transition du Cs 133. La période correspondante est 1 / 9 192 631 770. Donc 9 192 631 770 périodes de la lumière émise par la transition d’émission E2 E1 durent 1,000 000 000 s.

Déduire de la précision de cette horloge, l’incertitude avec laquelle elle détermine la seconde. Précision de l’horloge au Cs 133 : Sa dérive temporelle est de l’ordre de 1s pour plusieurs centaines de milliers d’années (105 années) 1s / (105 x 365 x 24 x 3600) = 3 x 10-13 s