Sciences

Des scientifiques se préparent à réformer l'unité de temps fondamentale: la seconde

Temps de lecture : 2 min

Elle ne sera ni plus courte ni plus longue, simplement bien plus précise.

Le temps étant influencé par la gravité et la masse, il n'est donc pas le même partout en fonction des conditions physiques dans lesquelles il est mesuré. | Thomas Bormans via Unsplash
Le temps étant influencé par la gravité et la masse, il n'est donc pas le même partout en fonction des conditions physiques dans lesquelles il est mesuré. | Thomas Bormans via Unsplash

Avez-vous déjà entendu parler du Bureau international des poids et mesures (BIPM)? Basée à Paris, cette organisation intergouvernementale produit l'échelle de temps de référence. À travers elle et depuis plus de 150 ans, les scientifiques se sont mis d'accord sur des définitions strictes des unités de mesure du temps –comme la minute, l'heure ou la seconde– mais aussi celles d'autres phénomènes comme la température.

Aujourd'hui, la définition de la seconde est en passe d'être réformée. Le New York Times s'est demandé pourquoi.

La mesure du temps, pour pouvoir servir, doit être unifiée. Ainsi, les scientifiques redéfinissent constamment les standards. Par exemple, en 2018, le kilogramme, l'ampère, le kelvin et la mole ont été redéfinis, et les trois premiers ont été indexés sur le temps. Noël C. Dimarcq, physicien et président du Comité consultatif du temps et des fréquences du BIPM, explique: «Toutes les unités sont maintenant dépendantes de la seconde.»

Seulement, pour la première fois en un demi-siècle, et à cause de l'apparition de nouvelles horloges puissantes et capables de la mesurer plus précisément, les scientifiques veulent changer la définition de la seconde. Pour ce faire, une liste définitive de critères à respecter doit être rédigée d'ici à juin. Selon Noël C. Dimarcq, la plupart d'entre eux devraient être remplis d'ici à 2026, et l'approbation formelle pour la nouvelle définition devrait donc arriver d'ici à 2030.

Les horloges atomiques optiques

Autrefois, le temps était mesuré en observant le ciel. Puis, à partir de 1967, les météorologues ont mesuré ce qui se passait à l'intérieur des atomes, plus précisément leur fréquence de résonance naturelle. Pourquoi? Parce que ces derniers ne vieillissent pas et ne ralentissent donc jamais. Leurs propriétés ne changent pas avec le temps. En comparaison, la seconde astronomique utilisée auparavant était basée sur la rotation de la Terre, et cette rotation quotidienne ralentit progressivement. Au cours des 2.000 dernières années, la Terre aurait perdu plus de trois heures en tant qu'horloge.

C'est ainsi que dans les années 1960, les scientifiques se sont intéressés aux atomes de césium pour mesurer le temps, car ils sont lourds et relativement lents. Mais la définition basée sur ce métal comporte certains problèmes, notamment parce qu'elle est inextricablement liée au temps astronomique. Conséquence: le temps atomique doit parfois être ajusté au temps astronomique, puisque la Terre continue de changer de rythme tandis que le temps atomique est stable. On introduit donc des secondes intercalaires tous les dix-huit mois environ, pour permettre à la planète de rattraper son retard sur le temps atomique.

La redéfinition en cours du temps se base, elle, sur des instruments appelés «horloges atomiques optiques». Ces dernières continueront de mesurer le temps en fonction de la résonance de fréquences naturelles des atomes, mais sur certains atomes plus rapides, qui se situeront donc dans la gamme visible du spectre électromagnétique. Il existe déjà environ vingt ou trente horloges de ce type, différentes les unes des autres.

La raison pour laquelle il est nécessaire d'avoir une mesure du temps plus précise est la suivante: le temps étant influencé par la gravité et la masse, il n'est donc pas le même partout en fonction des conditions physiques dans lesquelles il est mesuré. La théorie de la relativité d'Albert Einstein montre que le temps est plus lent à proximité d'un corps massif puisqu'il est ralenti par la gravité. Être capable de lire ces changements ouvre la possibilité de pouvoir détecter la présence de matière noire ou d'ondes gravitationnelles, par exemple. Les horloges atomiques optiques semblent sensibles à ce type de changements; c'est pourquoi elles sont devenues les favorites des météorologues.

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