Une horloge atomique d’un nouveau genre établit un record de précision

À l’heure où les scientifiques envisagent de redéfinir la durée exacte d’une seconde, une équipe singapourienne a établi un nouveau record en matière de mesure du temps, avec un dispositif basé sur le lutétium.

Un dispositif au lutétium ultra-précis

Les horloges atomiques optiques reposent sur les transitions entre différents niveaux d’énergie des électrons pour mesurer précisément l’écoulement du temps. Concrètement, un laser excite les atomes à une fréquence bien déterminée, correspondant à une transition entre deux états quantiques. Depuis les premières horloges atomiques au césium, d’autres éléments ont été utilisés, notamment l’ytterbium, le strontium ou, dans le cas qui nous intéresse aujourd’hui, le lutétium.

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Se plaçant juste derrière l’ytterbium, avec un numéro atomique de 71, il est moins affecté par les perturbations environnementales telles que le rayonnement thermique ou les variations des champs magnétiques, et vibre également à une fréquence environ 10 000 fois supérieure à celle du césium, ce qui permet des mesures remarquablement précises.

« L’horloge au lutétium resterait stable même si l’on passait de l’endroit le plus chaud sur Terre, dans la Vallée de la Mort, au plus froid, au cœur du plateau antarctique », illustre Murray Barrett, de l’université nationale de Singapour.

Début 2026, un dispositif à base d’ions calcium développé par des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences avait atteint une incertitude systématique de 4,4 × 10⁻¹⁹. De leur côté, les comparaisons entre deux horloges au lutétium ont révélé une incertitude systématique de seulement 1,2 × 10⁻¹⁹. « Nous disposons désormais de l’horloge atomique la plus précise au monde », s’est réjouie l’équipe, dont les travaux sont publiés dans la revue Nature.

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Implications

Paraissant bien abstrait à notre échelle, un tel écart constitue une avancée majeure pour la mesure précise du temps. Il pourrait notamment aider à mieux comprendre les liens entre la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui décrit l’influence de la gravité sur l’espace-temps et le temps, et la mécanique quantique, qui régit le comportement de la matière à l’échelle atomique et subatomique.

À ce jour, la durée d’une seconde, unité fondamentale du temps, est fixée à 9 192 631 770 transitions entre deux niveaux d’énergie d’un atome de césium 133, obtenues en l’excitant avec des micro-ondes.

Au cas où vous l’ignoriez, sur Mars, où la gravité est nettement plus faible que sur Terre, les horloges classiques avanceraient légèrement plus vite que sur notre planète.

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