Les comparaisons entre la fontaine Rb et les fontaines de césium utilisent l'ensemble d'horloges de la figure suivante:

Fig. 4.1

L'oscillateur d'interrogation utilisait un oscillateur à quartz conduisant à des stabilités de 1-1.5 10^-13t^-1/2. Sur une période de un mois environ, les trois fontaines de la figure sont comparées au maser à hydrogène. Au cours de cette période, on alterne des mesures dans la configuration optimale de l'horloge (temps de cycle optimisant la stabilité de fréquence, impulsions de Ramsey p/2,...) avec des mesures d'évaluation d'effets systématiques où les réglages et certains appareils (comme le synthétiseur radio-fréquence des chaines de synthèse micro-onde) sont différents. Par exemple, pour les fontaines césium, chaque mesure est constituée de deux mesures entrelacées à haute et basse densités, ce qui permet de mesurer en temps réel le déplacement collisionnel. Sur la fontaine double en fonctionnement Rb, les mesures faites pour des impulsions 3p/2, 5p/2 et 7p/2 ont révélé une fuite micro-onde qui apporte la plus importante contribution au bilan d'exactitude final, soit 1.5 10^-15. Seules les mesures faites dans les conditions optimales contribuent à la comparaison entre les fréquences hyperfines.

Fig. 4.2

La figure représente la mesure de la fréquence de l'oscillateur d'interrogation par les trois fontaines atomiques du BNM-SYRTE. La fréquence est obtenue après correction de l'effet Zeeman du second ordre, de l'effet du rayonnement thermique et des déplacements dépendant du nombre d'atomes. Les barres d'erreur correspondent à la somme quadratique des fluctuations de fréquence mesurées (type A) et de l'incertitude sur la correction des effets mentionnés ci-dessus (type B). Pour calculer la fréquence avec la fontaine Rb, on utilise une valeur conventionnelle de la fréquence hyperfine du⁸⁷Rb, n_Rb = 6 834 682 610.904 333 Hz.

Les données de la figure correspondent à des mesures synchronisées entre les fontaines. De ce fait, on peut faire une soustraction point par point de la fréquence de l'oscillateur d'interrogation. Les différences fontaine Rb - fontaine FOM et fontaine Cs - fontaine FOM sur la durée des mesures sont représentées sur la figure.

Les fontaines à atomes de césium du BNM-SYRTE ont une exactitude de 1.1 10^-15. On trouve n_Rb(2002) = 6 834 682 610.904 324(7) Hz.

Fig. 4.3

En cherchant la meilleure approximation par une droite de ces points, pondérés par leurs incertitudes, on trouve:

Ce résultat peut être interprété comme un test de la reproductibilité des fontaines et du système de comparaison du BNM-SYRTE. Dans le cadre théorique de la référence, le résultat ci-dessus est une mesure d'une éventuelle variation de la constante de structure fine. En utilisant l'équation:

De ce fait, cette comparaison de fontaines atomiques sur 5 ans peut être considérée comme un test du principe d'équivalence et comme un test de stabilité de la constante de structure fine.

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Page mise à jour le 25/11/06