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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