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Comptes Rendus Physique
Volume 5, n° 8
pages 829-843 (octobre 2004)
Doi : 10.1016/j.crhy.2004.09.003
Advances in atomic fountains
Progrès en fontaines atomiques.
 

S. Bize a, , P. Laurent a, M. Abgrall a, H. Marion a, I. Maksimovic a, L. Cacciapuoti a, J. Grünert a, C. Vian a, F. Pereira dos Santos a, P. Rosenbusch a, P. Lemonde a, G. Santarelli a, P. Wolf a, A. Clairon a, A. Luiten b, M. Tobar b, C. Salomon c
a BNM-SYRTE, Observatoire de Paris, 61, avenue de l'Observatoire, 75014 Paris, France 
b The University of Western Australia, School of Physics, 35, Stirling Highway, Crawley, Western Australia, Australia 
c Laboratoire Kastler Brossel, ENS, 24, rue Lhomond, 75005 Paris, France 

*Corresponding author.
Abstract

This article describes the work performed at BNM-SYRTE (Observatoire de Paris) in the past few years, toward the improvement and the use of microwave frequency standards using laser-cooled atoms. First, recent improvements of the 133Cs and 87Rb atomic fountains are described. An important advance is the achievement of a fractional frequency instability of   where is the measurement time in seconds, thanks to the routine use of a cryogenic sapphire oscillator as an ultra-stable local frequency reference. The second advance is a powerful method to control the frequency shift due to cold collisions. These two advances lead to a fractional frequency in stability of   at 50000 s between two independent primary standards. In addition, these clocks realize the SI second with an accuracy of  , one order of magnitude below that of uncooled devices. Tests of fundamental physical laws constitute an important field of application for highly accurate atomic clocks. In a second part, we describe tests of possible variations of fundamental constants using 87Rb and 133Cs fountains. The third part is an update on the cold atom space clock PHARAO developed in collaboration with CNES. This clock is one of the main instruments of the ACES/ESA mission which will fly on board the International Space Station in 2007-2008, enabling a new generation of relativity tests. To cite this article: S. Bize et al., C. R. Physique 5 (2004).

The full text of this article is available in PDF format.
Résumé

Cet article décrit le travail réalisé au BNM-SYRTE (Observatoire de Paris) ces dernières années, en vue de l'amélioration et de l'utilisation d'étalons de fréquence micro-onde fondés sur l'utilisation d'atomes refroidis par laser. Nous décrivons tout d'abord les améliorations récentes des fontaines atomiques à 133Cs et 87Rb. Une avancée importante est l'obtention d'une stabilité relative de fréquence de   où est la durée de la mesure en secondes, grâce à l'utilisation routinière d'un oscillateur cryogénique à résonateur en saphir comme référence de fréquence locale ultra-stable. La deuxième avancée est une méthode puissante pour contrôler le déplacement de fréquence lié aux collisions froides. Ces deux progrès conduisent à une stabilité de fréquence de   à 50000 s, une première pour des étalons primaires. De plus, ces horloges réalisent la seconde du système international SI avec une exactitude de  , une amélioration d'un ordre de grandeur par rapport aux dispositifs sans refroidissement laser. Les tests des lois fondamentales de la physique constituent une application importante des horloges atomiques ultra-précises. Dans une deuxième partie, nous décrivons la recherche d'une éventuelle variation des constantes fondamentales utilisant des fontaines à 133Cs et 87Rb. La troisième partie fait le point sur la réalisation d'une horloge spatiale à atomes froids PHARAO développée en collaboration avec le CNES. Cette horloge est l'un des instruments principaux de la mission spatiale ACES de l'ESA qui volera à bord de la station spatiale internationale en 2007-2008, en vue d'effectuer une nouvelle génération de tests de la Relativité. Pour citer cet article : S. Bize et al., C. R. Physique 5 (2004).

The full text of this article is available in PDF format.

Keywords : Atomic fountains, Microwave frequency standards, Laser-cooled atoms, Atomic clocks, PHARAO

Mots-clés : Fontaines atomiques, Étalons de fréquence micro-onde, Atomes refroidis par laser, Horloges atomiques, PHARAO




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