International Timescales with Optical Clocks (SIB 55)

PROJET EUROPEEN
International Timescales with Optical Clocks (SIB 55)
LABORATOIRE
ANNEE DE LANCEMENT DU
PROJET
LNE-SYRTE
2012
DOMAINE
Temps-Fréquence
INTERESSANT POUR
Comparaisons d’horloges,
Calcul des échelles de
temps,
Métrologie : redéfinition de
la seconde.
OBJECTIFS
Intégrer les horloges optiques dans le calcul des échelles de temps internationales
RÉSUMÉ ET PREMIERS RÉSULTATS
Les horloges atomiques optiques les plus avancées ont maintenant atteint des niveaux de stabilité et
d’exactitude qui surpassent les performances des meilleurs étalons primaires actuels, les fontaines à
césium. L’horloge optique Al+ au NIST a une incertitude relative estimée inférieure à 10-17, et plusieurs
autres horloges optiques ont également atteint des incertitudes sous les 10-16. Par conséquent, une
redéfinition de la seconde SI est activement étudiée par la communauté internationale de métrologie. Ce
projet aborde les étapes essentielles qui doivent être effectuées avant qu’une telle redéfinition puisse avoir
lieu, et permettra ainsi aux NMI européen de jouer un rôle influent dans les débats internationaux sur cette
question.
La condition sine qua non pour une redéfinition de la seconde du SI est l'intégration des horloges
optiques à atomes dans les échelles de temps internationales TAI (Temps Atomique International) et UTC
(temps universel coordonné). Cela nécessite un programme coordonné de comparaisons de fréquence
d'horloge à effectuer pour valider les budgets d'incertitudes des horloges optiques, et pour ancrer leurs
fréquences sur la définition actuelle de la seconde avec l'incertitude la plus faible possible. Un tel
programme de comparaison aidera aussi à établir quelles sont les transitions atomiques pouvant prétendre
à la nouvelle définition ou sa mise en pratique. Très peu de données de comparaisons sont disponibles à ce
jour : presque toutes les informations sur la reproductibilité des horloges optiques proviennent de mesures
indépendantes de fréquence absolue effectuées dans différents laboratoires, et donc limitées par
l'incertitude des fontaines à atomes de césium, étalons primaires de la seconde.
Le travail proposé dans ce projet permettra d'améliorer de façon significative cet état actuel de la
technique par la réalisation d'un programme ambitieux et étroitement intégré des comparaisons de
fréquence entre les horloges optiques atomiques européennes à un niveau limité seulement par l’exactitude
des horloges elles-mêmes, établissant ainsi un cadre et des procédures dans lesquelles les horloges
optiques pourront intégrer les échelles de temps internationales . Ainsi, des mesures locales dans chaque
laboratoire auront pour objectif de réaliser des mesures de fréquences absolues des horloges optiques afin
de les relier à la définition actuelle de la seconde du SI. Pour les comparaisons entre les différents
partenaires du projet, deux pistes sont étudiées : l’utilisation d’une horloge optique transportable dans un
premier temps et l’amélioration des techniques de mesures 2-voies par satellites (Two Way Satellite Time
and Frequency Transfer, TWSTFT).
Une évaluation complète de tous les effets relativistes influençant les comparaisons de temps et de
fréquence entre les horloges optiques sera effectuée à un niveau d’exactitude suffisant pour garantir l’apport
bénéfique de l'incorporation de ces horloges dans les échelles de temps internationales. Les effets
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relativistes à prendre en considération comprennent entre autre le « redshift gravitationnel » des fréquences
des horloges optiques (décalage vers le rouge des fréquences optiques du fait du potentiel gravitationnel
local vécu par chaque horloge).
Enfin, une dernière tache a pour objectif de démontrer l'impact que la haute exactitude des horloges
optiques avec des niveaux de performances clairement vérifiés pourrait avoir sur le domaine de la géodésie,
en réalisant une expérience utilisant des horloges optiques pour mesurer des différences de potentiel
gravitationnel avec une haute résolution spatiale et temporelle.
IMPACTS SCIENTIFIQUES ET INDUSTRIELS
Redéfinition de la seconde
Comparaison d’horloges optiques
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