Comment attraper l'accélération par la queue express
Un piège lumineux maintient un atome presque immobile, comme une bille sur un ressort souple. Mais dès qu'une accélération apparaît, par exemple la force de gravité, l'équilibre se déplace. L'atome se déplace dans l'onde stationnaire lumineuse, et cela modifie le rythme auquel il échange de l'énergie avec le champ. La fréquence de cet échange devient un indicateur direct de l'accélération.
Les auteurs ont calculé un modèle où l'atome et le champ partent de l'état le plus calme, puis ont résolu exactement les équations de la dynamique. Il s'avère que l'information sur l'accélération s'accumule dans l'état conjoint de l'atome et de la lumière. On peut l'extraire, et plus on attend, plus c'est précis : la précision croît quadratiquement avec le temps.
On peut lire le résultat de différentes manières. Au nœud de l'onde stationnaire, la méthode de phase convient — elle détecte le signe de l'accélération. Loin du nœud, mieux vaut compter les photons ou utiliser une détection homodyne avec une phase ajustée. Même si le résonateur a des pertes, il existe un temps de mesure optimal où le bruit n'a pas encore détruit toute l'information utile. Cette approche rappelle la pesée d'une charge invisible par les oscillations d'un ressort — sauf que le rôle du ressort est joué par la structure même du vide.
Le déplacement de l'équilibre de l'atome dans le piège dû à la gravité est environ égal au diamètre d'un proton — mais cela suffit pour modifier sensiblement la fréquence d'échange avec la lumière.