MODERN TIME / LE TEMPS MODERNE

William D. Phillips – Ça peut sembler un peu fou à première vue, l’idée qu’on puisse refroidir quelque chose avec de la lumière… Projeter de la lumière sur quelque chose devrait le réchauffer ! Mais réfléchissez à ce que signifie la température, pensez à un gaz d’atomes… Plus le gaz est chaud, plus les atomes vont vite, en fait l’énergie cinétique des atomes est une mesure de la température. Si on arrive à pousser sur les atomes pour les ralentir, cela veut dire qu’on refroidit le gaz ! Et on peut pousser sur les atomes avec une lumière laser. Pourquoi est-ce que cela nous intéresse ? Parce que les horloges atomiques, qui sont les meilleurs chronomètres existants, marcheraient mieux, bien mieux, si les atomes étaient plus lents… Nous avons commencé nos essais de refroidissement sur un gaz d’atomes de sodium. Selon la prédiction, le refroidissement laser pouvait atteindre le 240 millionième de degré au-dessus du zéro absolu ! Ça a pris plusieurs années, mais finalement nous et d’autres avons refroidi un gaz de sodium au 240 millionième de degré…

Mais alors quelque chose de remarquable se produisit : nous mesurions des températures encore plus froides, pas juste un peu plus froides, mais dans les premières expériences la température mesurée était six fois plus basse que la température la plus basse possible, selon la théorie ! Nos amis parisiens eurent bientôt trouvé l’explication ce qui se passait ! La Nature était plus subtile et plus belle que nous ne l’avions imaginé. La nouvelle théorie montrait comment atteindre des températures encore plus basses et au bout de quelques années nous avons refroidi un gaz de césium à moins d’un micro degré… Les atomes de césium sont ceux utilisés dans les horloges atomiques étalons, parce que le césium est ce que nous utilisons pour « définir le temps » ! Et les horloges au césium refroidi par laser sont maintenant les meilleures horloges qui soient, mieux qu’une seconde sur cent millions d’années ! Et ces horloges donnent la référence de temps pour des pays comme les États-Unis, la France, l’Angleterre et la Chine. Mais d’autres horloges utilisant d’autres atomes ont fait mieux qu’une seconde sur trois milliards d’années ! Mais réalisez que : quand je suis arrivé dans ce laboratoire, en 1978, les meilleures horloges du monde avaient une précision de un sur 1013 (un sur dix millions de millions)… Ces horloges étaient à Boulder, dans le Colorado, dans les montagnes, environ à 1 500 mètres au-dessus du niveau de la mer. Or la théorie de la relativité générale d’Einstein prédisait un décalage vers le rouge gravitationnel qui ferait battre les horloges de Boulder de un sur 1013 plus vite que les horloges au niveau de la mer ! De nos jours, les horloges sont si bonnes qu’elles pourraient détecter une différence d’altitude de seulement dix centimètres !

Mais la construction de ces horloges nous a permis d’explorer ces nouvelles perspectives et de voir qu’en effet Einstein avait raison et il se pourrait qu’en utilisant ces horloges nous puissions trouver aussi des points où Einstein n’avait pas raison, et là, ce serait vraiment excitant ! Toutes les expériences que nous avons faites sur le Temps ont montré qu’Einstein avait raison ! Mais d’une certaine manière, nous sentons qu’il doit y avoir quelque chose, quelque part, où ce que nous a dit Einstein va s’effondrer ! Et il se pourrait que ces horloges incroyablement précises soient le moyen de découvrir expérimentalement où cela pourrait être ! Comme vous le savez, Einstein n’avait pas raison sur tout, il n’avait pas raison sur la mécanique quantique ! Et c’est une expérience si incroyable que de pouvoir travailler dans un domaine où nous voyons chaque jour à quel point Einstein avait tellement raison sur tant de choses et tellement tort sur… d’autres choses, et voyez-vous, cela me donne un grand sentiment de satisfaction, voici quelqu’un qui est probablement un des plus grands esprits de tous les temps… Et il avait tellement raison et tellement tort…

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William D. Phillips – At first it seems quite crazy: the idea that you can make something cold by shining light on it… When you shine light on something it should get hotter! But think about what temperature means: think about a gas of atoms… The hotter the gas, the faster the atoms are moving, in fact the kinetic energy of the atoms is a measure of the temperature. If we can push on the atoms to make them slow down, it means we’re cooling the gas! And we can push on the atoms with light from a laser. Why do we care? We care because atomic clocks, the most accurate time-keepers in existence, will work better, a lot better, if the atoms are slower… We started out by trying to cool a gas of sodium atoms. The prediction was that laser cooling could get to a temperature as low as 240 millionths of a degree above absolute zero! It took several years but we and others finally cooled a gas of sodium atoms to 240 millionths of a degree…

But then, something remarkable happened: we measured temperatures even colder; not just a little colder, but in the first experiments we measured the temperature to be six times colder than the coldest temperature the theory said was possible! Soon our friends in Paris had figured out what was happening! Nature was more subtle and more beautiful than we had imagined. The new theory showed how to get to even lower temperatures and within a few years we had cooled a gas of cesium atoms to less than a micro degree… Cesium atoms are the ones used in primary atomic clocks, because cesium is the thing we use to define what we mean by time! And clocks with laser-cooled cesium are now the best clocks anywhere, better than a second in a hundred million years! And these clocks are keeping time for countries like the United States and France and England and China. But other clocks using other atoms have gotten to better than a second in three billion years! But think about this: when I first came to this laboratory, in 1978, the best clocks in the world had an accuracy of a part in ten to the thirteen… Those clocks were in Boulder, Colorado, in the mountains, about fifteen hundred meters above sea-level. Now Einstein’s theory of general relativity predicted a gravitational red shift that would make the clocks in Boulder run about a part in tent to the thirteen faster than clocks at sea-level. To-day, clocks are so good that they would be able to detect a change in altitude of just ten centimeter!…

But making these clocks allowed us to explore those new insights to see that indeed Einstein was telling us what’s right and it might be that using these clocks we can find ways in which Einstein wasn’t right. Now that would be really exciting! All the tests we’ve made about Time have shown that Einstein was right! But somehow we feel that’s there’s got to be something, someplace where what Einstein told us about is going to break down! And it may be that these incredibly good clocks will be the way in which we first discover experimentally where that should be! As you know, Einstein was not right about everything, he wasn’t right about quantum mechanics… And it’s such an amazing experience to be able to work in a field where we see every day that Einstein was so right about so many things and so wrong about… other things. And you know, it gives me a great feeling of satisfaction, that here is a person who is probably one of the greatest minds of all times… And he was so right and so wrong…

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