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Y a-t-il des sciences exactes ?

25 septembre 2019, 07:27, par Robert Paris

Essayons d’y voir clair dans ce qu’implique ce fonctionnement de l’horloge au césium pour notre compréhension du fonctionnement de la matière, de la lumière et du temps…

Y voir clair est bien le terme adéquat car nous parlons ici de ce que l’on appelle l’interaction matière-lumière !

Tu remarques que l’atome de césium n’émet à sa fréquence particulière que s’il a reçu de la lumière à cette même fréquence et tu en déduis que ce n’est pas la matière qui décide de la fréquence d’émission mais la lumière qu’il a reçu.

C’est à la fois juste et faux. Juste parce qu’effectivement il n’émettrait pas de lumière s’il n’en avait pas reçue, mais faux parce que ce n’est pas la fréquence de la lumière qui décide à quelle fréquence tel ou tel atome peut ou pas émettre. Cette fréquence (ou ces fréquences d’émission) sont même une signature de l’atome particulier. Ainsi, si une étoile envoie de la lumière à cette fréquence particulière du césium on sait de manière sure qu’elle contient du césium. Il n’y a que l’atome de césium qui ait cette fréquence d’émission de lumière.

Et si cette fréquence du césium est intéressante pour une horloge atomique, c’est qu’elle correspond à des vibrations très rapides et que sa période est donc très courte. Elle permet donc de mesurer des intervalles de temps particulièrement courts.

Tu dis en somme que tout cela est artificiel et que l’atome n’émettrait pas si l’expérimentateur ne lui envoyait pas de la lumière et pas n’importe quel type de lumière.

En fait, cela peut être artificiel comme naturel. Quand c’est artificiel on appelle cela l’émission stimulée mais il existe aussi une émission spontanée.

Il faut en tout cas, dans l’émission stimulée comme spontanée, que l’atome ait été excité pour avoir ensuite besoin de se désexciter en émettant de la lumière.

En fait, cela se produit tous les jours sous tes yeux avec la couleur des objets. Si un objet te parais rouge, c’est parce qu’il y avait du rouge dans la lumière qui l’a éclairé. Si tu retire le rouge de la lumière qui l’éclair (et qui excite sa matière), alors il n’émettra pas en rouge et te paraitra noir.

La matière peut-elle être dans une zone où spontanément il ne puisse pas recevoir de lumière qui lui permette d’effectuer ces sauts de son état qui mènent à ces émissions spontanées ? La réponse est non. Il n’existe pas de zone de l’Univers qui ne baignent pas dans les photons lumineux de toutes sortes de fréquences.

Si on examine plus précisément la raison de la relation matière-lumière, on constate qu’il y a des sauts entre des fréquences qui excitent l’atome et d’autres qui ne l’excitent pas. Toute lumière n’interagit pas avec un atome d’un élément particulier.

Par exemple, la fameuse fréquence d’émission du césium fait appel à quelle structure particulière de cet élément ? Eh bien, il s’agit de la relation entre des électrons profonds de sa structure et le noyau de l’atome. Pour qu’un électron saute d’une couche atomique profonde à une autre moins profonde, il faut que le photon qu’il reçoit l’excite avec une énergie bien précise. Cela signifie que cet électron profond était relié au noyau par un mécanisme physique quantique. Quel est-il ?

Ce mécanisme s’appelle une interaction spin-spin. Cela paraît bien compliqué mais cela ne l’est pas. Spin signifie qu’il s’agit d’un moment magnétique quantique. Qu’est-ce que c’est ? C’est un petit aimant qui tourne sans cesse autour d’un axe !

Qui est l’aimant ? L’électron est un aimant et le noyau est un autre aimant et les deux tournent sur eux-mêmes. Ils interagissent ainsi. Cette interaction ne peut pas être affaiblie sans une nouvelle interaction, et c’est là que le photon va jouer son rôle.

Il y aurait encore beaucoup à dire sans fin mais je m’arrête au risque d’écrire autant que vous, les jumeaux !!!

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