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Fontaine atomique double de césium et de rubidium avec une ...

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26<br />

Chapitre 1. Principe <strong>de</strong> fonctionnement<br />

d’<strong>une</strong> fontaine <strong>atomique</strong><br />

Suite au déplacement gravitationnel “dynamique” que nous venons <strong>de</strong><br />

voir, nous pouvons dire quelques mots sur le déplacement gravitationnel<br />

“statique”. Bien qu’il ne soit pas un eff<strong>et</strong> systématique <strong>de</strong> la fontaine-même,<br />

celui-ci intervient lors <strong>de</strong> la comparaison <strong>de</strong> fréquence d’horloges situées à<br />

<strong>de</strong>s altitu<strong>de</strong>s différentes par rapport au géoï<strong>de</strong> 4 . Le déplacement relatif <strong>de</strong><br />

fréquence lié à l’altitu<strong>de</strong> <strong>de</strong>s horloges s’exprime comme :<br />

δν<br />

= + g h cav<br />

ν at c 2<br />

tel-00319950, version 1 - 9 Sep 2008<br />

où h cav désigne la hauteur <strong>de</strong> la cavité d’interrogation Ramsey au-<strong>de</strong>ssus du<br />

géoï<strong>de</strong>. Dans notre fontaine h cav vaut (60, 0 ± 1, 0) m, ce qui donne un eff<strong>et</strong><br />

<strong>de</strong> 6, 54 × 10 −15 <strong>avec</strong> <strong>une</strong> incertitu<strong>de</strong> <strong>de</strong> 1 × 10 −16 dont il faut tenir compte<br />

lors <strong>de</strong>s comparaisons <strong>avec</strong> d’autres horloges.<br />

Le déplacement collisionnel<br />

Ce déplacement <strong>de</strong> fréquence est lié aux interactions entre atomes froids pendant<br />

la phase d’interrogation [27]. Les collisions entre atomes froids modifient<br />

l’état interne <strong>de</strong>s atomes <strong>et</strong> peuvent en eff<strong>et</strong> perturber notablement la transition<br />

d’horloge. Ce déplacement est proportionnel à la <strong>de</strong>nsité volumique<br />

d’atomes. Il a longtemps constitué la limitation majeure pour l’exactitu<strong>de</strong><br />

<strong>de</strong>s fontaines <strong>de</strong> césium.<br />

Dans le but <strong>de</strong> minimiser c<strong>et</strong> eff<strong>et</strong>, la solution naturelle serait a priori <strong>de</strong><br />

diminuer la <strong>de</strong>nsité d’atomes, mais ceci impliquerait <strong>une</strong> baisse du nombre<br />

d’atomes au niveau <strong>de</strong> la détection <strong>et</strong> par conséquent <strong>une</strong> dégradation <strong>de</strong> la<br />

stabilité <strong>de</strong> l’horloge. Il y a donc là un compromis à trouver. Pour dépasser la<br />

limite imposée par l’eff<strong>et</strong> <strong>de</strong>s collisions dans le cas du césium, <strong>une</strong> évaluation<br />

précise du déplacement est nécessaire. Ainsi <strong>une</strong> métho<strong>de</strong> d’évaluation en<br />

continu du déplacement collisionnel a été mise au point sur les fontaines<br />

césium du laboratoire. Ceci a permis d’améliorer d’un ordre <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>ur<br />

l’exactitu<strong>de</strong> affichée par ces fontaines. Les <strong>de</strong>rniers raffinements <strong>de</strong> c<strong>et</strong>te<br />

métho<strong>de</strong> sont exposés dans [7]. Nous en expliquerons rapi<strong>de</strong>ment le principe<br />

au chapitre 3.<br />

Une manière <strong>de</strong> contourner le problème est d’employer un autre atome<br />

que le césium, un atome présentant toutes les caractéristiques pour concevoir<br />

<strong>une</strong> horloge i<strong>de</strong>ntique dans son principe, mais présentant un déplacement<br />

collisionnel n<strong>et</strong>tement plus faible. Un autre candidat alcalin proche du césium<br />

prom<strong>et</strong>tait <strong>de</strong> remplir ces conditions : le <strong>rubidium</strong>. Les fontaines fondées sur le<br />

4 Le géoï<strong>de</strong> est <strong>une</strong> surface équipotentielle du potentiel <strong>de</strong> gravitation terrestre, proche<br />

du niveau moyen <strong>de</strong>s océans <strong>et</strong> utilisée comme référence d’altitu<strong>de</strong> pour la détermination<br />

<strong>de</strong> l’échelle <strong>de</strong> temps internationale.

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