Optical Clocks and applications to fundamental Physics tests and to Earth Sciences

International audienceLa nouvelle génération d’horloges atomiques, basées sur les transitions optiques de diverses espèces (strontium, mercure, ytterbium …), permet de réaliser des références de fréquence avec un contrôle de 18 chiffres significatifs, surpassant ainsi déjà l’incertitude de la définition actuelle (césium) d’un facteur 100. Les ~20 horloges optiques en exploitation dans le monde sont ainsi les instruments les plus exacts jamais construits par l’homme.Leur extraordinaire résolution statistique, 16 chiffres significatifs en une seule mesure, permet de résoudre très rapidement de minuscules effets décalant la fréquence propre des atomes. C’est ainsi que ces horloges atomiques trouvent désormais leur application dans les tests de Physique fondamentale [1], la recherche de matière noire [2], ou encore des mesures du potentiel gravitationnel de la Terre [3].Dans cette présentation, nous décrirons l’architecture développée au LNE-SYRTE, Observatoire de Paris, et constituée de 7 horloges atomiques et de 3 peignes de fréquence nécessaires à leur inter-comparaison [4]. Nous détaillerons la connexion de cet ensemble à l’Equipex REFIMEVE+, un lien optique fibré délivrant une référence ultrastable à 1542 nm et permettant de raccorder le LNE-SYRTE au réseau des horloges européennes. La capacité de mesure de cette infrastructure sera illustrée par des exemples de comparaisons locales et internationales. Ces dernières permettent par exemple d’obtenir des contraintes sur une possible dérive des constantes fondamentales ou sur la matière noire. Enfin, nous discuterons les perspectives futures, comme la redéfinition de la seconde et la mission spatiale PHARAO-ACES.RÉFÉRENCES[1]P. Delva et al., “Test of special relativity using a fiber network of optical clocks“, Phys. Rev. Lett. 118, 221102 (2017)[2]B. M. Roberts et al., “Search for transient variations of the fine structure constant and dark matter using fiber-linked optical atomic clocks“, New J. Phys. 22, 093010 (2020)[3]C. Lisdat et al., “A clock network for geodesy and fundamental science”, Nature Communications 7, 12443 (2016)[4]R Tyumenev et al., “Comparing a mercury optical lattice clock with microwave and optical frequency standards“, New Journal of Physics, 18 113002 (2016