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ossier
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© Budai Romeo Gabor
Horloge à réseau optique à atomes de mercure © SYRTE-Observatoire de Paris
© 2015 Andrew Ostrovsky
ainsi que pour les substrats des miroirs et autres pièces
définissant la longueur de la cavité. Par le choix de matériaux
plus favorables ou en faisant fonctionner la cavité à des
températures cryogéniques, des lasers dont la stabilité
relative de fréquence est inférieure à 10
-16
à une seconde
sont désormais réalisables. Pour la longueur moyenne de la
cavité, cela équivaut à une stabilité dimensionnelle de l’ordre
du femtomètre, soit la taille d’un proton.
Sonder une transition atomique en contrôlant
les perturbations
Le second ingrédient d’un étalon de fréquence optique
ultraperformant est une transition atomique aux propriétés
favorables et une méthode adéquate pour sonder cette
transition avec le laser ultrastable.
La transition doit être intrinsèquement très étroite, presque
interdite, pour permettre une spectroscopie avec des largeurs
de raies de quelques Hertz seulement, voire moins, ce que
permettent les meilleurs lasers ultrastables. Ramené à la
fréquence optique, cela correspond à des largeurs relatives
de l’ordre de 10
-15
. La transition doit être aussi insensible
que possible aux perturbations par des champs externes,
tels que les champs magnétiques ou électriques statiques,
le rayonnement électromagnétique thermique, également
appelé rayonnement du corps noir, et, le cas échéant, tout
autre champ électromagnétique (laser, radiofréquence, etc.)
utilisé pour manipuler les atomes ou pouvant, pour quelque
raison, interagir avec les atomes.
Il est souvent favorable, par ailleurs, d’interroger
simultanément non pas un atome unique, mais un ensemble
d’atomes. Dans ce cas, les interactions entre atomes
sont une source supplémentaire de perturbation qu’il faut
combattre. De même, il convient de minimiser les effets du
mouvement des atomes, ceux-ci pouvant être considérables
- de l’ordre de 10
-6
en valeur relative - pour des atomes
libres à température ambiante. Dans un étalon de fréquence
optique ultraperformant, on utilise des atomes refroidis par
laser à des températures de l’ordre du microkelvin, voire