C'est la définition légale de la seconde donnée en 1967 par la Conférence Générale des Poids et Mesure. Je vais chercher à vous expliquer les mots soulignés. C'est une "explication de texte" en quelque sorte, que je vais faire.
L'atome moderne
Autrefois on pensait que les électrons décrivaient des orbites circulaires ou elliptiques autour du noyau d'un atome.
Après l'apparition de la physique quantique, on a découvert que les électrons étaient dispersés dans un nuage stratifié en couches de niveaux d'énergie quantifiés.
Ces niveaux peuvent, eux-mêmes, se diviser en niveaux d'énergie très proches les uns des autres, les niveaux fins, qui peuvent à leur tour se diviser en niveaux hyperfins.
L'état fondamental
Lorsque les électrons sont dans les couches d'énergie les plus basses, l'atome est dans un état stable, au repos, appelé état fondamental.
La transition électronique
Rappelons que la transition électronique est le passage d'un électron d'un niveau d'énergie à un autre.
Nous en avons parlé longuement dans notre article "les électrons" du 15 / 06 / 2014.
Deux cas peuvent se produire:
Lorsqu'il passe d'un niveau d'énergie à un autre de niveau inférieur, l'électron cède de l'énergie sous forme de photons. On peut voir alors au spectroscope une raie brillante de la couleur des photons cédés.
Lorsqu'il passe d'un niveau d'énergie à un autre de niveau supérieur, l'électron absorbe de l'énergie sous forme de photons. Au spectroscope, si une lumière blanche traverse un atome, on peut voir une raie sombre correspondant aux photons de la lumière blanche absorbés par l'électron.
Dans les deux cas, l'énergie des photons (cédés ou absorbés) est égale à la différence d'énergies des deux niveaux de la transition électronique.
Le césium 133
Le césium est un métal alcalin possédant des propriétés chimiques semblables à celles du sodium, du potassium ou du rubidium. Il possède de nombreux isotopes qui ont les mêmes propriétés chimiques mais des propriétés nucléaires différentes (les noyaux de leurs atomes ont le même nombre de protons mais des nombres différents de neutrons). Seul l'isotope 133Cs est stable et présent dans la nature.
Les horloges atomiques
Nous allons voir comment la définition légale de la seconde intervient dans la construction des horloges atomiques au césium 133.
 |
| une horloge atomique au césium 133 |
Un oscillateur à quartz de fréquence 9 192 631 770 Hz joue le rôle d'une horloge donnant l'heure: l'horloge avance d'une seconde toutes les 9 192 631 770 vibrations de l'oscillateur.
Mais la fréquence de l'oscillateur n'est pas toujours rigoureusement constante. Aussi est-il nécessaire de la contrôler, de l'ajuster en permanence. C'est la transition électronique entre les deux niveaux hyperfins d'un jet d'atomes de césium 133 (voir la définition légale de la seconde), qui remplit cette fonction.
Il existe d'autres types d'horloges atomiques, au rubidium, au calcium, à hydrogène, ...
Mais les plus utilisées sont les horloges atomiques au césium 133 d'une très grande précision: elles donnent l'heure avec un écart de1seconde au bout de plusieurs millions d'années! On les trouve dans tous les satellites du GPS. Elles sont très nombreuses sur Terre et servent à synchroniser en permanence toutes les horloges (du GPS, de la TV, d'un ordinateur,...). Ce sont les gardiennes fidèles du temps.
L'année 2015 durera une seconde de plus!
Le saviez vous? Les gardiennes du temps donnent le TAI (Temps Atomique International) qui est la moyenne des temps de centaines d'horloges atomiques réparties dans le monde. Le TU (Temps Universel) est fondé sur la rotation parfois irrégulière de la Terre sur elle-même, il s'écarte très légèrement du TAI. Une correction se fait en ajoutant une seconde intercalaire aux horloges du TU.
Depuis 1972, tous les trois ans environ, la seconde intercalaire est introduite soit le 31 Décembre, soit le 30 Juin.
Le 30 Juin 2015, les Terriens ont dormi une seconde de plus. Avant minuit, les horloges du TU ont indiqué:
23 : 59 : 58 23 : 59 : 59 23 : 59 : 60 00 : 00 : 00
Mais la fréquence de l'oscillateur n'est pas toujours rigoureusement constante. Aussi est-il nécessaire de la contrôler, de l'ajuster en permanence. C'est la transition électronique entre les deux niveaux hyperfins d'un jet d'atomes de césium 133 (voir la définition légale de la seconde), qui remplit cette fonction.
Il existe d'autres types d'horloges atomiques, au rubidium, au calcium, à hydrogène, ...
Mais les plus utilisées sont les horloges atomiques au césium 133 d'une très grande précision: elles donnent l'heure avec un écart de1seconde au bout de plusieurs millions d'années! On les trouve dans tous les satellites du GPS. Elles sont très nombreuses sur Terre et servent à synchroniser en permanence toutes les horloges (du GPS, de la TV, d'un ordinateur,...). Ce sont les gardiennes fidèles du temps.
L'année 2015 durera une seconde de plus!
Le saviez vous? Les gardiennes du temps donnent le TAI (Temps Atomique International) qui est la moyenne des temps de centaines d'horloges atomiques réparties dans le monde. Le TU (Temps Universel) est fondé sur la rotation parfois irrégulière de la Terre sur elle-même, il s'écarte très légèrement du TAI. Une correction se fait en ajoutant une seconde intercalaire aux horloges du TU.
Depuis 1972, tous les trois ans environ, la seconde intercalaire est introduite soit le 31 Décembre, soit le 30 Juin.
Le 30 Juin 2015, les Terriens ont dormi une seconde de plus. Avant minuit, les horloges du TU ont indiqué:
23 : 59 : 58 23 : 59 : 59 23 : 59 : 60 00 : 00 : 00
Marc, je dois dire que cette fois-ci j'ai un peu décroché. Je suis sidéré devant la puissance de la connaissance et je me sens alors tout petit...... Merci pour tout ce que tu nous raconte. Amitiés fidèles, Pierre
RépondreSupprimerLa "puissance de la connaissance" est une fonction exponentielle du temps. Imagine Hibernatus se réveillant aujourd'hui, après 50 ans dans un bloc de glace. Quelle multitude de découvertes, il ferait!
RépondreSupprimer