Un faisceau laser traverse une cellule en verre contenant de la vapeur de césium. Les atomes de la vapeur se déplacent de manière chaotique, comme une foule dans une gare : chacun entre dans le faisceau, y reste un instant, puis en ressort. Leur état interne — une sorte d'orientation d'un minuscule aimant — est modifié par la lumière. Si tous les atomes étaient identiques et immobiles, le signal serait régulier. Mais ils bougent, et ce mouvement perturbe le signal.

Lorsqu'un atome entre dans le faisceau, son aimant peut être orienté dans n'importe quelle direction. C'est comme si chaque nouveau passager choisissait au hasard, à l'entrée, avec quelle main porter sa valise. Cette aléa crée du bruit dans le signal. Les chercheurs ont mesuré ce bruit sur une installation réelle et l'ont comparé à leurs calculs. Il s'avère qu'à des fréquences inférieures à 100 kHz, la principale source de bruit est le passage des atomes à travers le faisceau, et non leurs basculements internes.

Comprendre ce bruit est nécessaire pour créer des capteurs plus sensibles. Ces capteurs à vapeur atomique peuvent mesurer des champs magnétiques avec une précision extrême, ainsi que détecter de faibles champs électriques. Notre théorie aide à séparer le signal utile du bruit causé par les atomes eux-mêmes.