Une horloge atomique mesure la dilatation du temps sur un millimètre

Une horloge atomique incroyablement sensible a mesuré la dilatation du temps sur une distance minuscule, éprouvant ainsi la relativité générale d’Albert Einstein à une échelle record.

Une mesure record

Cette incontournable théorie prévoit que le tic-tac des horloges devienne plus rapide à mesure qu’elles s’éloignent de la Terre ou d’un autre objet gravitationnellement dense. Un fait qui devrait rester vrai quelle que soit la taille de l’horloge et être visible à l’échelle atomique. Dans le cadre de travaux pré-publiés sur le serveur arXiv, des chercheurs ont pu observer cet effet pour un échantillon d’atomes beaucoup plus petit qu’auparavant.

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Les atomes peuvent être utilisés comme horloges car une fréquence spécifique de la lumière (s’apparentant au tic-tac d’un dispositif mécanique) modifie leurs niveaux d’énergie. Ce qui se traduit par un écoulement du temps légèrement plus rapide au sommet de l’échantillon (là où l’effet de la gravité est moindre) qu’à la base.

Alors que le précédent record de mesure du décalage de fréquence avait été établi avec une différence de hauteur de 33 centimètres, les auteurs de la nouvelle l’étude ont utilisé un échantillon d’un millimètre seulement.

Les 100 000 atomes de strontium ultra-froids utilisés étaient disposés en réseau et maintenus en place grâce à des lasers. Les physiciens ont cartographié la variation de la fréquence de la lumière sur différentes hauteurs, révélant un écart d’un centième de quadrillionième de pour cent sur un millimètre, soit l’effet prévu par la relativité générale.

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D’importantes implications

La prise de mesures sur 90 heures a permis d’établir la fréquence du tic-tac avec une précision de 0,76 millionième de billionième de pour cent, ce qui constitue la comparaison la plus précise jamais réalisée.

« Les horloges atomiques sont maintenant si précises qu’elles pourraient être utilisées pour rechercher de la matière noire [substance mystérieuse à même d’affecter le tic-tac des horloges] », a estimé le physicien théoricien Victor Flambaum de l’université de Nouvelle-Galles du Sud. La comparaison des horloges atomiques avec différents isotopes (le nombre de neutrons dans leur noyau) pourrait également être utilisée pour identifier de nouvelles particules.