Qu'est-ce qu'une seconde ?

Publié par Adrien le 12/09/2020 à 09:00
Source: ASP

Photo: difotolife / Pixabay
Avec le développement d'horloges toujours plus précises, avons-nous besoin d'une nouvelle définition de ce qu'est une seconde ?

Cette définition a beaucoup changé à travers l'histoire, rappelait récemment le New Scientist -qui consacrait même au sujet sa page couverture. Au 17e siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où peut être...), elle correspondait à 1/86 400 d'une journée. Toutefois, le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande...) met pour faire une rotation complète sur elle-même varie de quelques microsecondes chaque jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons...). Un métronome plus constant était donc nécessaire.

Ce qui explique la création de l'horloge au quartz, en 1927: le quartz peut résonner à une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on...) très régulière lorsqu'il est exposé à un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un...). Pour obtenir trois décennies plus tard une horloge atomique, il "suffisait" d'ajouter des atomes de césium (Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.) qui s'excitaient lorsque la vibration du quartz produisait la bonne fréquence de micro-ondes. Ce type d'horloge peut s'ajuster elle-même et se dérègle d'à peine une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc...) par 300 millions d'années.

Et il se trouve que la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) actuelle de la seconde repose sur ce système. En 1967, le Bureau international des poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la résultante des...) et mesures la décrivait comme "la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par...) correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus basse énergie. Tout état d'énergie supérieure à celle des états fondamentaux est un état excité.) de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) de césium 133 non perturbé". Une définition compliquée, mais qui a le mérite d'être plus précise que la précédente.

Toutefois, ce n'est pas encore parfait. Des éléments comme le strontium (Le strontium est un élément chimique, de symbole Sr et de numéro atomique 38. Le strontium, comme le calcium, est un alcalino-terreux. Il est mou, malléable, gris-jaune....) et l'ytterbium (L'Ytterbium est un élément chimique de symbole Yb et de numéro atomique 70.) réagissent à des fréquences beaucoup plus élevées que le césium, ce qui les rend plus précis. Les horloges utilisant ces éléments fonctionnent avec des lasers plutôt que des micro-ondes, d'où leur nom d'horloges optiques, et devraient ne se dérégler que d'une seconde... par 20 milliards d'années.

Petit problème: l'utilisation des lasers est incompatible avec la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) électronique des horloges atomiques actuelles, ce qui empêche leur utilisation à l'extérieur des laboratoires. En mai dernier, une équipe de physiciens de la Californie a toutefois réussi à convertir le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) de leur super-horloge en micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le terme de micro-onde provient du fait que ces ondes ont une longueur d'onde plus...), sans perdre de précision.

Les horloges optiques sont maintenant plus précises... que la définition même de la seconde. Les scientifiques espèrent donc convaincre le Bureau international des poids et mesures d'en adopter une nouvelle, lors de leur prochain congrès, en 2026.

A-t-on vraiment besoin d'horloges plus précises?

Une horloge qui retarde d'une nanoseconde par heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il...) ne semble pas dramatique. Toutefois, pour un GPS qui mesure le temps que met un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...) pour voyager entre deux points, cela peut représenter une erreur de plus de 300 km.

La NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence...) développe d'ailleurs l'horloge atomique Deep Space, 50 fois plus stable que les horloges actuelles des satellites (Satellite peut faire référence à :) GPS. Ce système faciliterait la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) lors de futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) voyages sur Mars. Davantage de précision permettrait aussi aux GPS des voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un...) de distinguer une voie d'une autre, accélérant l'avènement des véhicules autonomes.

Enfin, le marché boursier est lui aussi à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) de plus de précision, car il repose sur des réseaux d'ordinateurs qui doivent être parfaitement synchronisés. Les transactions arrivant par millions à chaque seconde, il lui faut déterminer avec précision le moment exact de l'entrée de chacune dans le système, pour qu'elles soient traitées dans le bon ordre.
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