Sept horloges atomiques optiques réparties dans quatre pays européens ont réussi l'une des comparaisons internationales de mesure du temps les plus précises à ce jour, renforçant le dossier scientifique en faveur d'une future redéfinition de la seconde. Nature a présenté ce résultat le 4 septembre, après la publication de l'étude évaluée par les pairs dans Physical Review Research le 1er septembre.
La campagne de deux mois a relié des horloges exploitées indépendamment par les instituts nationaux de métrologie d'Italie, de France, du Royaume-Uni et d'Allemagne. Les chercheurs ont comparé leurs fréquences grâce à un réseau stabilisé de fibres optiques long de plusieurs milliers de kilomètres, ce qui limite une grande partie de l'incertitude que les transferts satellitaires peuvent ajouter sur de longues distances.
L'étude fait état d'incertitudes sur les rapports de fréquences optiques allant de 7,7 fois 10 puissance moins 18 à 6,1 fois 10 puissance moins 17. Le test principal concernait des horloges à ion unique d'ytterbium au National Physical Laboratory britannique et à la Physikalisch-Technische Bundesanstalt allemande; elles concordaient dans la marge d'incertitude la plus étroite de la campagne.
Selon les auteurs et l'Institut national italien de recherche métrologique, ce résultat constitue la première vérification internationale de deux horloges optiques conçues séparément sous le seuil d'une partie pour 10 puissance 17. L'horloge italienne à réseau d'ytterbium a également concordé avec les mesures internationales antérieures, tandis qu'une horloge au mercure en France a fourni plusieurs rapports de fréquences avec une incertitude réduite.
Les horloges optiques mesurent les oscillations rapides associées aux transitions d'atomes ou d'ions et peuvent dépasser les horloges micro-ondes au césium qui fondent la définition actuelle de la seconde. Avant qu'une transition optique puisse devenir une référence mondiale, les laboratoires doivent démontrer que des appareils distincts donnent des résultats cohérents après correction des effets systématiques, du transfert par fibre et du décalage gravitationnel.
Les chercheurs estiment que ces mesures alimenteront les travaux internationaux sur une future redéfinition de la seconde du SI. Des réseaux fiables d'horloges reliées par fibre pourraient aussi servir aux tests de la physique fondamentale et de la relativité générale, améliorer la géodésie en détectant de minuscules variations de gravité liées à l'altitude et permettre de comparer les étalons de nouvelle génération sans déplacer les horloges.
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