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physique des ondes (PCSI) · Chapitre 5 · Application directe du cours

L'horloge atomique et le GPS

Formalisme quantique et quantification de l'énergie · niveau 2

Énoncé

La seconde est définie par une transition de l'atome de césium 133, de fréquence . Un récepteur GPS calcule sa position à partir du temps de vol des signaux des satellites.

  • Calculer l'énergie du photon associé à cette transition. Dans quel domaine d'ondes se situe-t-il ?
  • Pour localiser à près, quelle précision temporelle faut-il sur le temps de vol ?
  • Pourquoi une transition atomique est-elle un meilleur étalon de temps qu'un pendule ou un quartz ?

Corrigé

1. ; la longueur d'onde place ce rayonnement dans le domaine des micro-ondes.

2. . Il faut donc dater à la nanoseconde près.

3. Tous les atomes de césium sont identiques et leur transition a toujours la même fréquence (quantification de l'énergie) : c'est un étalon universel et reproductible, bien plus stable qu'un pendule ou un quartz, sensibles à la température et au vieillissement. Sans horloges atomiques, pas de GPS.

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