Des physiciens d’Oxford font appel à des horloges atomiques dans la chasse à la matière noire

Des scientifiques de l’Université d’Oxford ont récemment publié les résultats d’une expérience époustouflante dans laquelle ils ont enchevêtré deux horloges atomiques à une distance record de deux mètres.

À l’avant: Les horloges atomiques sont très utilisées depuis les années 1950. Ils sont utilisés dans une myriade d’applications allant de la gestion de l’équité sur le marché boursier à la navigation de vaisseaux spatiaux à des vitesses extrêmes.

L’expérience de l’équipe d’Oxford impliquait une ride relativement nouvelle dans la formule appelée horloge atomique optique.

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Là où les horloges atomiques traditionnelles reposent généralement sur des atomes énergisés à des fréquences précises (lire : les zapper avec des micro-ondes), la variété optique utilise un réseau de faisceaux laser pour piéger et isoler des atomes individuels.

Avec la technique optique, les chercheurs mesurent essentiellement les transitions atomiques émettrices de lumière par opposition à celles qui émettent des micro-ondes. Cela permet aux scientifiques de faire des mesures plus robustes.

Ce qui rend l’expérience de l’équipe d’Oxford passionnante, c’est qu’ils empêtré deux horloges atomiques séparées à une distance d’environ deux mètres.

Selon l’équipe document de recherche:

Les mesures sur des systèmes indépendants sont limitées par la norme quantum limite; les mesures sur les systèmes intriqués peuvent dépasser la limite quantique standard pour atteindre la précision ultime autorisée par la théorie quantique – la limite de Heisenberg.

Arrière plan: Les scientifiques ont réussi à emmêler des horloges atomiques au niveau microscopique, mais à notre connaissance, il s’agit de la plus grande distance à laquelle deux horloges atomiques optiques aient jamais été intriquées.

Essentiellement, l’équipe d’Oxford a réussi à créer un réseau d’horloges atomiques à deux nœuds à une distance très utile – une distance qui, théoriquement, pourrait être augmentée.

De plus, hypothétiquement parlant, il n’y a pas de limite au nombre ou au type de nœuds qui pourraient être ajoutés à un réseau d’horloges atomiques intriquées.

Les scientifiques utilisent actuellement un consensus basé sur les mathématiques entre des dizaines ou des centaines d’horloges atomiques différentes pour obtenir les mesures les plus précises possibles. Mais les horloges intriquées sont, théoriquement, capables d’une précision beaucoup plus grande.

Prise rapide : Les implications potentielles pour cette recherche sont énormes. Plus nous pouvons mesurer avec précision le passage du temps, plus nous nous rapprochons de l’élucidation de certains des plus grands mystères de l’univers.

Si nous sommes capables de développer un réseau massif d’horloges atomiques qui se propagent dans l’espace, il est possible que nous puissions commencer à former une sorte d’image inversée de l’univers qui révèle la matière noire en temps réel.

Des chercheurs américains et canadiens ont prédit l’utilité d’un tel réseau dans un article de 2014 détaillant un détecteur de matière noire basé sur des horloges atomiques synchronisées :

Lors de la rencontre avec un objet de matière noire étendue, alors qu’il balaie le réseau, les horloges initialement synchronisées deviendront désynchronisées. Les écarts de temps entre les horloges spatialement séparées devraient présenter une signature distincte, codant la structure spatiale du défaut et sa force d’interaction avec les atomes.

En d’autres termes : si la matière noire existe, la récente percée de l’équipe d’Oxford pourrait être notre meilleure piste à ce jour. Et, mieux encore, il n’y a pas beaucoup d’inconvénients à poursuivre cette recherche. Même si la théorie de la matière noire ne fonctionne pas, il existe d’innombrables utilisations pratiques pour des horloges atomiques plus précises.

C/t : Mike Mcrae, Alerte scientifique