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Claude Cohen Tannoudji

Prix Nobel en 1997 pour le ralentissement et le piégeage des atomes par la lumière laser.

Ses travaux sont à la source des recherches actuelles de l'IFRAF.



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La métrologie de précision et les applications

L’utilisation des atomes froids pour les mesures de haute précision, avec les instruments qui les accompagnent, est clairement un domaine d’excellence de l’IFRAF amené à se développer largement dans les cinq ans à venir. L’utilisation des atomes froids fait gagner plusieurs ordres de grandeur sur la précision des horloges, des gyromètres, des gravimètres et des capteurs inertiels pour le positionnement et la navigation.

Le premier objectif de ce volet d’activité sera de tester plus finement les lois fondamentales de la physique telles que le principe d’équivalence, pilier de la relativité générale, ou la loi de la gravitation à toutes les échelles de distance. Tout particulièrement importante est la mesure des constantes fondamentales comme la constante de structure fine, ainsi que les tests de leur constance. Les nouvelles horloges à atomes froids de tous les types, en particulier celles qui progressent rapidement depuis peu dans le domaine optique, permettront d’ici peu, grâce à l’expérience spatiale ACES/PHARAO, des tests fondamentaux dans lesquels l’IFRAF devrait être impliqué au premier plan. Ils permettront notamment, via des comparaisons d’horloges de très grande précision, des tests de la stabilité des interactions fondamentales déterminant la position des niveaux d’énergie atomiques ou moléculaires (interaction forte, faible et électromagnétique, rapport des masses de l’électron et du proton). Notons aussi un autre enjeu majeur de la détermination précise des constantes fondamentales sur la redéfinition du système des unités, dont les implications commerciales sont majeures à l’échelle mondiale.

Des instruments de mesure à base d’atomes froids devraient faire des progrès très attendus en termes de précision. Les progrès des horloges, en particulier leur miniaturisation (un des projets phares de l’IFRAF, l’horloge sur puce atomique TACC), auront des retombées industrielles de grande ampleur et elles ouvriront aussi des possibilités nouvelles pour la navigation des sondes spatiales et le positionnement par satellite (projet européen GALILEO). Les gyromètres à atomes froids développés dans l’IFRAF rivalisent déjà avec les gyromètres lasers couramment utilisés et devraient à terme devenir des instruments utilisables dans des systèmes embarqués. De même les gravimètres à atomes froids, qui mesurent l’accélération de la pesanteur, sont susceptibles de devenir des outils très performants pour l’étude des sols et la prospection des sous-sols. Les versions compactes de tous ces instruments ont de plus vocation à équiper les engins spatiaux (satellites, équipements sur la plateforme spatiale). C’est tout l’objectif du projet MINIATOM initié dans l’IFRAF et qui maintenant est en cours de développement avec de nombreuses compagnies industrielles. Des versions aux performances encore améliorées sont déjà étudiées au sein de l’IFRAF, par exemple dans le cadre du projet BIARO.

En résumé ce volet de l’activité de l’IFRAF va être fortement poussé, en liaison avec le développement de la physique dans l’espace : les relations de l’IFRAF avec le milieu industriel local et mondial seront de ce fait en forte progression.