Déplacement de fréquence dû au rayonnement du corps noir dans une fontaine atomique à césium et amélioration des performances de l'horloge

FO1 was the first caesium fountain primary frequency standard in the world. The most recent evaluation in 2002 before improvement reached an accuracy of 1x10^-15 when operated with optical molasses. Working as an extremely precise and stable instrument, FO1 has contributed to fundamental physics and technical measurements: - Frequency comparison between Cs and Rb fountains over an interval of 5 years sets an upper limit for a possible variation of the fine structure constant as |alpha/alpha|< 2x10^-15 yr^-1. The resolution is about 5 times better than the previous test in our laboratory. - The projected accuracy of the space clock PHARAO is 1x10^-16. We confirmed its Ramsey cavity performance by testing the phase difference between the two interaction zones in FO1. - The measured temperature T dependent frequency shift of the Cs clock induced by the blackbody radiation field is given as nu(T)=154(6)x10^-6(T/300)^4[1+epsilon(T/300)^2] Hz with the theoretical value epsilon=0,014. The obtained accuracy represents a 3 times improvement over the previous measurement by the PTB group. Some improvements have been carried out on FO1. The new FO1 version works directly with optical molasses loaded by a laser slowed atomic beam. The application of the adiabatic passage method to perform the state selection allows us to determine the atom number dependent frequency shifts due to the cold collision and cavity pulling effects at a level of of 10^-16. Recently, the obtained frequency stability is 2,8x10^-14 tau^-1/2 for about 4x10^6 detected atoms. The accuracy is currently under evaluation, the expected value is a few times 10^-16.FO1, du laboratoire BNM-SYRTE, a été la première fontaine à Cs fonctionnant comme un étalon primaire de fréquence dans le monde. La dernière évaluation d'exactitude en 2002 était de 1x 10^-15 avec une mélasse optique. Travaillant comme instrument, FO1 a contribué à la physique fondamentale et à des mesures extrêmement précises: - la comparaison de la fréquence entre les fontaines à Cs et à Rb pendant un intervalle de 5 ans a fixé une limite supérieure à la variation possible de la constante de structure fine |alpha/alpha|< 2x10^-15 par an. L'évaluation est environ 5 fois meilleure que celle obtenue précédemment au laboratoire. - l'exactitude attendue pour l'horloge spatiale PHARAO est de 1x10^-16. Nous avons confirmé les performances de la cavité Ramsey en examinant la différence de phase entre les deux zones d'interaction dans la fontaine FO1. - le déplacement de fréquence mesuré dans l'horloge à Cs dû au rayonnement du corps noir en fonction de la température T a donné par nu(T)=154(6)x10^-6(T/300)^4[1+epsilon(T/300)^2] Hz avec la valeur théorique epsilon=0,014. Ce résultat représente une amélioration d'un facteur 3 par rapport à la mesure précédente par le groupe PTB. Diverses améliorations ont été apportées à FO1. La nouvelle version de FO1 fonctionne directement en mélasse optique en utilisant un jet de césium ralenti comme source atomique. L'application de la méthode du passage adiabatique pour la sélection du niveau F=3, mF=0 nous permet d'évaluer le déplacement de fréquence dû aux collisions entre atomes froids et à l'effet d'entraînement de fréquence par la cavité au niveau de 10^-16. Les résultats récemment obtenus avec l'horloge FO1 améliorée montrent qu'elle est l'une des meilleures fontaines au monde: la stabilité de fréquence en utilisant l'oscillateur cryogénique en saphir est maintenant de 2,8x10^-14 tau^-1/2. L'exactitude est en cours d'évaluation. Quelques 10^-16 sont attendus