À l'approche de l'heure avancée, de nombreux rappels vous invitent à décaler vos horloges d'une heure juste avant de vous coucher le samedi soir. Cela nous a fait penser aux horloges qui se règlent. Disponibles à 10 ou 15 dollars US, ces horloges radiocommandées sont de plus en plus populaires, car elles s’adaptent automatiquement à l’horaire et fonctionnent quasiment partout dans la partie continentale des États-Unis. Vous en possédez peut-être déjà un. Mais vous ne pouvez pas savoir comment ils fonctionnent.
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L’apparence peu technologique de cette horloge dissimule un système élaboré pour la maintenir en phase avec ce que l’Institut national de la normalisation et de la technologie considère comme l’heure officielle: une horloge calibrée par le mouvement d’un bouquet d’atomes de césium à Boulder, dans le Colorado. Installé au laboratoire de mesures physiques du NIST, il s’agit de l’horloge atomique officielle et conserve le temps pour l’ensemble du pays.
L'appareil sophistiqué - connu sous le nom de NIST-F1 - est le dernier-né d'une gamme d'horloges atomiques de haute technologie et a été officiellement adopté comme norme de temps américaine en 1999. La précision du NIST-F1 ne cesse de s'améliorer, et à partir de 2010, les scientifiques calculé que son incertitude avait été réduite au point qu'elle ne gagnerait ni ne perdrait une seconde au cours des 100 millions d'années.
Ce degré de précision est obtenu par une configuration technologique complexe. En 1967, le Bureau international des poids et mesures définissait officiellement une seule seconde comme le temps nécessaire à un atome de césium pour passer d'un niveau d'énergie à un autre nombre de fois, c'est-à-dire à la fréquence de résonance naturelle du césium. NIST-F1 est connue comme une horloge atomique à fontaine au césium, car elle utilise un réseau de lasers en forme de fontaine pour manipuler les atomes de césium et détecter cette fréquence aussi précisément que possible.
À l'intérieur de l'appareil, six puissants lasers dirigent un gaz contenant des atomes de césium, en ralentissant leur mouvement et en les refroidissant à des températures se situant à un millionième de degré au-dessus du zéro absolu. Ensuite, une paire de lasers verticaux pousse la boule d'atomes de césium agglomérée à environ un mètre de hauteur dans la cavité, qui est remplie de rayonnement micro-ondes. En descendant vers le bas, un autre laser pointe sur les atomes et détecte combien ont été altérés par les micro-ondes. Les scientifiques calibrent la fréquence des micro-ondes pour maximiser le nombre d'atomes affectés.
Le NIST utilise cette mesure de la fréquence de résonance du césium comme seconde officielle du standard de temps primaire américain. Mais comment cela arrive-t-il à votre horloge radiocommandée? La norme horaire officielle est envoyée à WWVB, la station de radio à ondes courtes du NIST à Fort Collins, dans le Colorado. Une fois par minute, WWVB utilise cinq antennes pour diffuser un code numérique indiquant l'heure officielle (y compris l'année, la date, l'heure, la minute et si l'heure d'été est en vigueur) dans tout le pays.
La plupart des horloges radiocommandées sont programmées pour recevoir ce signal une fois par jour avec des récepteurs intégrés et pour calibrer leur temps en conséquence. Les experts disent que votre horloge radiocommandée fonctionnera mieux si elle est placée près d'une fenêtre donnant sur la source de l'émission, Fort Collins. De nombreux autres pays ont leur propre heure officielle, basée sur d'autres horloges atomiques.
Une horloge qui reste précise pendant 100 millions d'années est plutôt bonne, non? Pas pour le NIST. En 2010, ils ont annoncé des avancées dans le développement d'une nouvelle «horloge à logique quantique», qui garde le temps basé sur un seul atome d'aluminium. La nouvelle horloge ne gagnera ni ne perdra pas une seconde sur 3, 7 milliards d'années, rapportent les chercheurs, lui donnant le titre d'horloge la plus précise au monde.
Donc, cette année, si votre horloge saute automatiquement d’une heure devant vous dimanche, rappelez-vous qu’une configuration complexe de lasers et d’atomes à des milliers de kilomètres en est la raison. Nous avons certainement parcouru un long chemin en regardant les cadrans solaires et les montres à remonter.
