Le temps est l’un des aspects de la nature qui a fasciné les penseurs pendant des siècles. Le physicien Isaac Newton considérait le temps comme une entité absolue, c’est-à-dire identique en tout point de l’univers et indépendante des observateurs. Cette notion a été cruciale pour l’avènement de la mécanique newtonienne. Le concept de temps absolu ouvre la voie à un autre terme, celui d’espace absolu, qui, selon la conviction newtonienne, sont deux facettes distinctes de la réalité objective ne dépendant pas l’une de l’autre. Cependant, cette idée du temps et de l’espace a subi une modification majeure après qu’Einstein a présenté sa théorie influente de la relativité, qui a changé les fondements mêmes de notre conception du temps, de l’espace et de leurs interactions avec les événements physiques.
Le temps, considéré comme une quatrième dimension depuis l’introduction de la théorie de la relativité d’Einstein, caractérise généralement diverses propriétés des événements physiques, telles que la quantification du taux de changement des observables physiques associés à un événement particulier.
Presque tous les événements physiques sont modulés par des dispositifs de mesure du temps, car il est nécessaire de suivre toutes les observables qui sont fonction du temps. Cela permet ensuite d’effectuer des calculs utiles associés à une expérience particulière. Les dispositifs de mesure du temps ont évolué des cadrans solaires et des sabliers utilisés dans l’Antiquité aux horloges quantiques (qui fonctionnent en surveillant les états atomiques) utilisées à l’époque moderne. Un historique des différents dispositifs utilisés pour mesurer le temps est disponible ici.
Les techniques traditionnelles de mesure du temps, telles que celles des appareils mentionnés ci-dessus, suivent un schéma prédéfini. Ce schéma implique généralement une certaine unité de mesure d’un point dans le temps à un autre—for example, les horloges atomiques mesurent une seconde en déterminant la fréquence nécessaire pour qu’un électron passe d’un niveau d’énergie fixe à un autre dans un atome de césium.
Processus d’excitation de l’état de Rydberg : La courbe grise en pointillés représente le champ électrique du laser. L’électron de valence est libéré par effet tunnel dans l’un des différents cycles optiques de l’impulsion, après quoi il évolue dans le champ laser. Les électrons capturés dans un certain état de Rydberg dans une direction (orbite 1 & orbite 3) ou dans l’autre (orbite 2 & orbite 4) ont des phases différentes et interfèrent, ce qui conduit à une structure de pic dans la dépendance de l’intensité avec un intervalle de ∆ Up = ???? . L’interférence entre les deux directions conduit à une structure de pointe avec un intervalle de ∆ Up =2???? . Source de la figure et du texte : Jing Chen et al.
Cependant, des chercheurs de l’université d’Uppsala ont récemment mis au point une méthode de pointe pour compter le temps [1]. Leur technique est basée sur la nature ondulatoire émanant des paquets d’ondes de Rydberg, qui sont des objets mathématiques représentant la manière dont les électrons se déplacent à l’intérieur des atomes de Rydberg, définis comme des atomes sur lesquels on a tiré avec des lasers pour pousser leurs électrons à des états d’énergie extrêmement élevés, éloignant ainsi les électrons du noyau.
Les paquets d’ondes de Rydberg interagissent les uns avec les autres pour produire des motifs d’interférence (la figure graphique ci-dessus montre comment les électrons dans un état de Rydberg ayant des phases distinctes produisent des motifs d’interférence). On s’attend à ce qu’un certain nombre de motifs uniques soient créés à la suite du phénomène d’interférence et que chaque motif distinct détermine le temps unique nécessaire à l’évolution d’un paquet d’ondes individuel par rapport aux autres paquets de l’ensemble. Cette caractéristique leur permet d’être utilisés comme « marqueurs temporels ».
Les chercheurs ont associé une terminologie technique aux oscillations distinctes résultant des états de Rydberg, appelées signatures de battements quasi-uniques (QUBS). Chaque oscillation agit comme une empreinte digitale puisqu’elle détermine le temps écoulé après la création de chaque paquet d’ondes. Dans leur article original publié dans la revue Physical Review Research (PRR), il est indiqué que le chronomètre basé sur les QUBS n’utilise pas de compteur, contrairement aux horloges traditionnelles telles que les horloges mécaniques, à quartz ou atomiques. Cette caractéristique en fait une technique novatrice particulièrement importante pour mesurer le temps. Cela pourrait avoir des conséquences significatives sur les aspects physiques et offrir des applications technologiques intéressantes dans divers domaines de recherche.
Références
[1] Marta Berholts et al, Quantum watch and its intrinsic proof of accuracy, Physical Review Research (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.043041
