Vue d’artiste de l’expérience ACES installée sur une palette externe du module européen Columbus./Artist’s view of the ACES experiment installed on the European Columbus module external pallet. ESA Contact : Philippe LAURENT Chargé de recherche CNRS Responsable instrumentaliste de PHARAO SYRTE +33 (0)1 40 51 23 95 philippe.laurent@obspm.fr POURQUOI ALLER DANS L’ESPACE ? Opérer dans un environnement de « microgravité » affranchit de la pesanteur et autorise une « interrogation atomique » (processus de mesure) de plus longue durée. On obtient une horloge dotée de meilleures performances. WHY GO INTO SPACE ? Working in a « microgravity » environment eliminates gravity and permits a longer « atomic questioning » (a measuring process). The result is a better performing clock. La mesure de l’écoulement du temps avec une grande stabilité et exactitude est l’une des activités fondamentales conduites par le laboratoire SYRTE - Systèmes de Référence Temps- Espace. Cela passe par la mise en œuvre d’horloges à atomes refroidis par laser dont les performances se situent au premier plan mondial. Et une nouvelle étape sera franchie avec PHARAO 1 - Projet d’Horloge Atomique à Refroidissement d’Atomes en Orbite -, fruit d’une collaboration inédite avec le CNES, le laboratoire Kastler-Brossel de l’École Normale Supérieure - ENS et les industriels EADS Sodern et Thales. Cette horloge à atomes ultra-froids volera en 2012 à bord de la Station spatiale internationale - ISS. La première horloge-fontaine à atomes froids de césium a été construite il y a 15 ans à l’Observatoire de Paris en collaboration avec l’équipe de Claude Cohen-Tannoudji de l’ENS, prix Nobel 1997 pour ses travaux sur le refroidissement radiatif. Aujourd’hui, le SYRTE dispose d’un ensemble unique de trois fontaines - dont une transportable et une utilisable avec du rubidium, qui ont une exactitude de fréquence record de quelques 10 -16, soit quelques dix-millionièmes de milliardièmes. Atomes froids en apesanteur L’étape suivante sera l’envoi dans l’espace. L’horloge PHARAO s’intégrera sur le module Columbus de l’ISS dans le système européen Atomic Clock Ensemble in Space - ACES, aux côtés d’un maser à hydrogène et d’une liaison micro-ondes qui transférera au sol le temps des horloges avec une performance cent fois supérieure à celle de la constellation GPS. Au total, l’horloge ne dérivera pas de plus d’une seconde en 300 millions d’années. On attend maintes retombées de cette mission unique au monde, en particulier des tests de la relativité générale d’Albert Einstein, avec la mesure précise du décalage gravitationnel ou la recherche d’une variation des constantes fondamentales prédite par la théorie des cordes 2. D’autres applications pratiques ont trait à la géodésie et à la mesure directe du potentiel de gravitation de la Terre.ACES/PHARAO validera aussi les briques technologiques de futurs instruments à atomes froids pour la navigation inertielle de sondes, les tests de la gravitation dans le système solaire ou la prochaine génération de satellites du système Galileo. 14 – MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°10 – SPÉCIAL SPATIAL/JUIN 2008 PHARAO : UNE FONTAINE ATOMIQUE DANS L’ESPACE PHARAO : AN ATOMIC FOUNTAIN IN SPACE Vers 2012, une horloge à atomes ultra-froids sera embarquée – pour la première fois – en orbite autour de la Terre. La prouesse aura de nombreuses retombées en physique fondamentale et des applications pratiques. Around 2012, there will be for the first time an ultra-cold atom clock in orbit around the Earth, a feat that will have numerous applications in physics. Tube d’interaction de l’horloge PHARAO./PHARAO clock interaction tube. EADS Sodern APPLICATIONS Measuring the passage of time with a high degree of stability and accuracy is one of the main activities of the Time-Space Reference Systems Laboratory (SYRTE).This requires the implementation of laser-cooled atom clocks of world-standard performance. And the technology will enter a new phase with PHARAO 1 project : a cold atom clock in orbit, the result of a totally new collaboration with the CNES, the Kastler-Brossel laboratory of the École Normale Supérieure (ENS), and the EADS Sodern and Thales industrial companies. This ultra-cold atom clock will fly in 2012 aboard the International Space Station (ISS). The first Cesium fountain atomic clock was built 15 years ago at the Observatoitre de Paris in collaboration with the team headed by Claude Cohen-Tannoudji from ENS, 1997 Nobel Prize for Physics for his work on radiative cooling.Today, SYRTE disposes of a unique set of three fountains-one of these portable and another operating also with rubidium, of a frequency accuracy of about 10 -16 (i.e. some ten-millionths of a billionth), a record. Cold atoms in a state of weightlessness The next step will be sending PHARAO into space. The PHARAO clock will be part of the European Atomic Clock Ensemble in Space (ACES) on the ISS’s Columbus module, together with a hydrogen maser and a microwave link that will transmit the clock’s time to the ground station with an accuracy one hundred times better than that of the GPS constellation.This is equivalent to a drift of at most one second in 300 million years. A number of positive effects are expected from this unique mission, in particular the opportunity for testing Einstein’s general theory of relativity by a precise measuring of the gravitational shift, and searching for a variation in the fundamental constants predicted by string theory 2.There are other practical applications in geodesy and the direct measuring of the Earth’s gravitational potential. ACES/PHARAO willalso validate the technological bricks for future cold atom instruments for probes’inertial navigation systems, gravitational tests in the solar system and the next generation of Galileo system satellites. 1. PHARAO fait partie du projet ACES de l’ESA./Acronym for Projet d’Horloge Atomique par Refroidissement d’Atomes en Orbite. PHARAO is part of ESA’s ACES project. 2. Théorie qui tente d’unifier la mécanique quantique et la théorie de la relativité générale./A theory seeking to unify quantum mechanics and the theory of general relativity. Banc laser de l’horloge PHARAO./PHARAO clock laser bench. EADS Sodern |
