Raies fines de l'ytterbium : de nouvelles fréquences pour les horloges quantiques express
La lumière qu'un atome émet ou absorbe ressemble à des empreintes digitales : chaque élément a son propre motif de raies. Dans l'ion d'ytterbium (un atome qui a perdu un électron), on a découvert trois nouvelles raies qui n'avaient pas été utilisées auparavant. Ces raies sont très fines — comme des fentes étroites dans une clôture, à travers lesquelles on voit loin et nettement.
La finesse des raies est liée au fait que l'état supérieur comme l'état inférieur vivent exceptionnellement longtemps. En général, un atome excité perd rapidement son énergie, comme une balle qui dévale une pente. Ici, la balle reste coincée sur une étagère et peut y rester des millisecondes — une éternité à l'échelle atomique. De tels états de longue durée sont pratiques pour stocker l'information quantique : le qubit ne sera pas détruit par une perturbation aléatoire.
Les scientifiques ont mesuré les fréquences absolues de ces transitions avec une grande précision. C'est comme connaître l'adresse exacte d'une maison pour pouvoir y revenir sans erreur. Ils ont également mesuré les décalages de fréquence entre différents isotopes (atomes avec un nombre différent de neutrons) et la structure hyperfine — de minuscules dédoublements des raies dus à l'interaction entre l'électron et le noyau.
L'un des nouveaux états s'est révélé particulièrement attrayant : on peut l'exciter avec un laser, et il vit longtemps car il se désintègre par un rayonnement magnétique lent. C'est un candidat idéal pour un qubit de longue durée — la cellule mémoire d'un ordinateur quantique. Les nouvelles raies fines compléteront celles déjà connues et aideront à construire des horloges plus précises et à rechercher des écarts par rapport au modèle standard de la physique.
L'ytterbium doit son nom à la ville suédoise d'Ytterby, où l'on a trouvé un minéral contenant cet élément. Dans la même carrière, on a découvert trois autres éléments : l'yttrium, le terbium et l'erbium.