Première utilisation de l'interféromètre atomique pour mesurer l'accélération d'un avion

La matière a la capacité ahurissante de se comporter aussi bien comme des ondes que comme des particules, mais il a fallu un certain temps aux physiciens pour exploiter cet effet. Ces dernières années, cependant, divers groupes à travers le monde ont perfectionné l'art de fabriquer des faisceaux d'atomes de type laser et de leur permettre d'interférer pour générer des motifs d'interférence.

Les interféromètres dits atomiques ont un potentiel énorme. Étant donné que la longueur d'onde des atomes et des molécules peut être plus petite que celle de la lumière, les interféromètres peuvent être beaucoup plus précis.

De plus, contrairement à la lumière, les atomes sont influencés par la gravité terrestre, ce qui permet de mesurer cette force avec une précision sans précédent. Cela se fait soit dans des laboratoires souterrains spéciaux où les appareils peuvent être isolés des influences extérieures, soit dans des expériences de chute libre, où les appareils peuvent subir une courte période de 0 g.

Mais il y a une autre chose que les interféromètres atomiques devraient être capables de faire : mesurer l'accélération. En théorie, ces appareils ont le potentiel d'agir comme des accéléromètres qui sont au moins aussi sensibles que les systèmes de navigation inertielle modernes. Et ils devraient également être plus robustes, notamment parce qu'ils fonctionnent sans pièces mobiles (conventionnelles).

Mais il y a un problème. Les interféromètres atomiques sont si sensibles que la moindre vibration submerge les résultats. Et cela les a exclus en tant que capteurs inertiels utiles.

Jusqu'à maintenant. Aujourd'hui, Rémi Geiger du Laboratoire Charles Fabry à Paris et un groupe d'amis ont construit le premier interféromètre atomique capable de mesurer les mouvements d'un avion. Ils ont même testé leur appareil dans un Airbus A300, affirmant qu'il était capable de mesurer des accélérations 300 fois inférieures aux mouvements de l'avion.

L'astuce que ces gars-là ont perfectionnée est un moyen d'éliminer les effets des grosses vibrations qui, autrement, submergeraient leurs mesures. Ils le font avec des accéléromètres mécaniques attachés à leur kit, qui enregistrent le mouvement à grande échelle de l'avion.

Ils prennent alors simplement ces mesures loin de l'accélération mesurée par l'interféromètre atomique. Cela révèle les très petites variations mesurées par l'interféromètre atomique.

Notre instrument se compose d'un capteur hybride qui est capable de mesurer de grandes accélérations grâce aux dispositifs mécaniques, et capable d'atteindre une haute résolution grâce à l'accéléromètre atomique, disent Geiger and co.

Cela pourrait avoir un impact significatif sur les systèmes de navigation, car ce type de précision pourrait aider à corriger les erreurs qui se glissent dans les systèmes de navigation inertiels conventionnels.

Mais la technique pourrait également aider dans d'autres domaines, tels que la géodésie et la gravimétrie, qui mesurent de petits changements dans le champ gravitationnel de la Terre.

Cela pourrait également faciliter les expériences de physique fondamentale en microgravité. Une expérience importante consiste à imposer des limites à un principe connu sous le nom d'universalité de la chute libre ou principe d'équivalence faible. C'est l'idée que tous les corps tombent au même rythme, quelle que soit leur structure interne.

Les physiciens ont mesuré cela à une partie sur 10^13 mais certaines théories prédisent que des mesures plus précises devraient révéler un écart. En d'autres termes, la structure interne d'un corps devrait influencer la façon dont il tombe sous l'effet de la gravité, mais seulement dans une infime quantité.

Jusqu'à présent, toutes les expériences pour mesurer cela en microgravité ont utilisé deux interféromètres atomiques différents pour annuler le bruit. En effet, ils mesurent la différence dans la façon dont deux atomes différents tombent. Mais ce genre de mesure relative n'est pas idéal.

La nouvelle technique donnera aux physiciens un moyen de mesurer directement l'accélération d'un seul type d'atome, une technique qui pourrait conduire à des mesures d'une partie sur 10^15 dans des expériences spatiales.

Et puisque l'Agence spatiale européenne a sélectionné un tel test pour sa prochaine génération d'expériences connue sous le nom de Cosmic Vision 2020-22, nous pourrions juste en voir une version en orbite d'ici là.

Réf : arxiv.org/abs/1109.5905 : Détection des effets inertiels avec l'interférométrie onde-matière aéroportée

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