Comment une horloge atomique mesure le temps
La conception des horloges atomiques contient un cristal de quartz : il se contracte et
Pour comprendre comment cela fonctionne, vous devez vous rappelerstructure de l'atome. Au centre se trouve un noyau chargé positivement : autour se trouvent des électrons chargés négativement, chacun sur sa propre orbite. De plus, chacun d'eux se trouve à un niveau d'énergie spécifique, c'est-à-dire qu'il possède une certaine quantité d'énergie due à l'attraction vers le noyau.
Ce niveau peut être modifié en envoyantplus d'énergie à l'électron, pour cela vous pouvez, par exemple, chauffer l'atome. Ensuite, l'électron reviendra à son niveau et abandonnera l'excès sous forme de rayonnement. Tout est construit sur ce rayonnement : il a une certaine fréquence et ressemble à un pendule dans une horloge.
Aujourd'hui, les horloges atomiques peuvent fonctionner sur des atomes de rubidium, de strontium, d'hydrogène : le principe n'en change pas.
La conception des horloges atomiques est constamment améliorée, par exemple, un mécanisme a été inventé qui retarde d'une seconde toutes les centaines de milliards d'années.
Sans horloge atomique, il n'y aura pas de navigation sur Terre et dans l'espace
L'horloge atomique est nécessaire principalement pour la navigation :GLONASS et GPS, car ces systèmes déterminent la distance dans le temps qu'un signal doit parcourir d'un point sur Terre à un satellite et vice-versa. Une montre est utilisée pour mesurer la distance entre les objets en fonction du temps qu'il faut pour qu'un signal voyage d'un point A à un point B.
Actuellement, la navigation utilise des horloges atomiques de la taille d’un réfrigérateur sur Terre pour localiser avec précision l’emplacement d’un vaisseau spatial.
Cela peut prendre plus d’une heure pour que le signal atteigne le vaisseau spatial et revienne sur Terre.
A partir de ces données, des coordonnées et des instructions sont calculées : elles sont renvoyées au vaisseau spatial.
Si le vaisseau spatial a sa propre horloge à bord, il pourra calculer sa propre trajectoire. Cela vous permettra de voyager plus loin et de transporter en toute sécurité des personnes vers d'autres planètes.
Découvrez la distance entre les planètes à l'aide d'horloges atomiques
Mais le principal client des horloges atomiques, ce sont les astronomes. Ils utilisent des horloges atomiques pour mesurer de vastes distances dans l’espace et déterminer à quelle distance nous nous trouvons d’une planète ou d’un astéroïde particulier.
Pour ce faire, ils envoient un signal et enregistrent l'heure de son retour. Si l'erreur ne dure qu'une seconde, vous pouvez perdre environ trois cent mille kilomètres de précision.
Comment une horloge atomique peut vous aider à trouver la matière noire
La matière noire peut affecter notreune affaire ordinaire et cela doit avoir des conséquences. L’un d’eux pourrait être un changement dans la constante de structure fine, l’une des constantes physiques fondamentales.
La constante de structure fine est le rapport entre la vitesse de rotation de l'électron dans la première orbitale et la vitesse de la lumière, et elle est d'environ 0,007.
Les scientifiques pensaient auparavant que cette constante était toujours égale à la même valeur, mais, comme l'ont montré des découvertes récentes, elle peut varier légèrement.
Selon une théorie, la matière noire serait constituée de défauts topologiques dans l’espace apparus lors du Big Bang. Ils peuvent affecter la constante.
Les scientifiques ont utilisé plusieurs horloges atomiques.La façon dont les défauts topologiques devraient agir sur des objets distants dans l’espace doit agir différemment sur différentes horloges séparées dans l’espace.
Pour améliorer la précision, les auteurshorloges combinées pour améliorer la précision dans un réseau de quatre appareils, chacun situé dans l'un des pays : Pologne, États-Unis, Japon et France. Les données de tous les appareils sont combinées pour analyser les effets topologiques.
Une horloge atomique ultra précise pourra mesurer la distorsion de l'espace-temps
Les scientifiques sont convaincus qu'une horloge atomique suffisamment précise peut servir d'outil pour mesurer comment les objets, en raison de la gravité, déforment l'espace environnant.
Les physiciens de l'Institut national des normes et technologies de Boulder ont utilisé des lasers et créé un piège de fortune pour les atomes : il ressemblait à plusieurs très petites tasses.
Des milliers d'atomes d'ytterbium remplissent ces coupes lorsqu'ils sont exposés à un faisceau laser de la bonne fréquence, et les électrons en orbite se déplacent d'un niveau d'énergie.
Dans un tel système, les électrons feront plusmille milliards de transitions. Dès que le laser est réglé sur la fréquence "idéale", la traduction des informations de la fréquence du rayonnement laser en un signal pouvant être reçu et déchiffré par un appareil électronique, c'est-à-dire l'horloge même, commence.
Les scientifiques ont pu régler le laser de sorte que les données obtenues aideront désormais à déterminer l'effet de la gravité sur l'espace-temps lui-même.
Les horloges atomiques sont un outil de mesure importantune quantité aussi éphémère que le temps. Sans cela, il ne sera pas possible de suivre les moindres changements dans le temps terrestre ou de mesurer la distance par rapport aux planètes et galaxies voisines.
Et à l'avenir, les horloges atomiques deviendront indispensables pour la colonisation des planètes et l'étude de la matière noire.
Mais il est peu probable qu'ils deviennent un gadget domestique.
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