Une pièce insonorisée où l'on accorde un diapason : le moindre froissement fausse l'accord. Dans le monde des mesures atomiques de haute précision, ce froissement est le champ magnétique. Il décale imperceptiblement les fréquences de transition, et pour obtenir une référence fiable, les physiciens devaient calibrer soigneusement le champ. Pour le potassium-40, c'était particulièrement pénible : sur un million d'atomes de potassium, seuls 117 sont l'isotope recherché, ce qui rend presque impossible la production d'un faisceau dense pour les méthodes traditionnelles.

Dans ce nouveau travail, l'approche est différente : au lieu de mesurer le champ et de soustraire son influence, ils ont choisi une paire de transitions qui réagissent à peine au champ. C'est comme accorder un diapason non pas dans le silence, mais de manière à ce qu'il n'entende pas le bruit lui-même. Deux transitions entre les sous-niveaux hyperfins, α et β, sont insensibles au champ magnétique au premier ordre. Leurs fréquences dépendent faiblement des fluctuations du champ, et la différence de fréquences permet d'éliminer complètement le champ des calculs.

L'expérience a été réalisée dans un piège à faisceaux croisés de 1064 nm, où un gaz de fermions dégénéré de 40K était refroidi à 0,3 TF. On a d'abord localisé grossièrement les résonances avec des impulsions gaussiennes π, puis effectué une spectroscopie de Ramsey avec deux impulsions carrées π/2 d'une durée de 0,15 ms. Les fréquences de transition ont été extraites des oscillations de population en faisant varier le temps d'évolution libre. Pour éliminer le déplacement dû à l'effet Stark alternatif créé par le piège, les fréquences ont été mesurées à plusieurs intensités et extrapolées à intensité nulle.

La cohérence de Ramsey atteignait 378 ms à un champ de 0,76 G et tombait à 108 ms à 2,35 G. Après extrapolation à intensité nulle du piège et moyenne pondérée par l'inverse de la variance, on a obtenu A = −h × 285,730536(2) MHz. L'incertitude totale de 2 Hz provient des contributions du bruit magnétique, de l'extrapolation du déplacement Stark et des incertitudes sur les facteurs g. Aucun déplacement lié à la densité n'a été détecté : en variant la densité d'un facteur 8, la valeur de A n'a changé que de quelques fractions de hertz.

Désormais, le potassium-40 rejoint le 6Li, le 87Rb et le 133Cs en termes de précision de la constante de structure hyperfine. La méthode ne nécessite ni blindage magnétique ni calibrage du champ, ce qui simplifie les expériences et réduit les erreurs systématiques. Le diapason est accordé : il n'entend plus le bruit du champ magnétique, et sa note peut servir de référence pour calibrer les champs, ajuster les résonances de Feshbach et déterminer les interactions de spin.