Le temps atomique : Désormais la seconde est définie en fonction de la fréquence du spin de l'atome de césium 133 : comment en est-on arrivé là ?

Huygens (1629-1695) est le premier à définir les ondes par une longueur d'onde (distance entre 2 crêtes de la sinusoïde) et une fréquence (nombre de crêtes en 1 seconde). Il met aussi en évidence la nature ondulatoire de la lumière.

En 1815 avec les spectroscopes, on constate que chaque élément du tableau périodique de Mendeleïev a une signature caractéristique (traits correspondants à des longueurs d'onde).

En 1896 ces "traits" sont altérés par les champs magnétiques (expérience de Zeeman), Lorentz (1853-1928) l'explique par la présence d'électrons. Idée révolutionnaire (à l'époque l'atome était la plus petite particule) ==> ils obtiennent le 2ème prix Nobel de physique en 1902. De plus comme les spectrographes du soleil montrent aussi plusieurs traits, le soleil doit être soumis lui aussi à des champs magnétiques.

Max Planck (1858-1947) ajoute à la nature ondulatoire, un concept de particules (photons) : la lumière est à la fois ondes et particules.

Les expériences permettent de mettre en évidence les différentes énergies de l'atome : elles sont discrètes, elles ne peuvent prendre que quelques valeurs.

Quand l'atome absorbe un photon, il change d'état et son énergie augmente. A l'inverse son énergie baisse par libération d'un photon. Cette quantité d'énergie est appelée quantum (d'où les théories quantiques).

Einstein obtient le prix Nobel de physique en 1921 en démontrant l'effet photo-électrique : un métal éclairé émet des électrons (les bases de l'énergie solaire).

Niels Bohr (Copenhague, 1885-1962) définit un modèle de l'atome en 1913 et obtient le prix Noble de physique en 1922 : dans ce modèle les électrons tournent autour du noyau sur des orbites stables quand l'atome est dans son état fondamental. Quand l'atome est excité, les électrons "sautent" d'une orbite à l'autre et absorbent ou émettent un photon à chaque "saut".

Ce modèle a été "prouvé" en 1920 par l'expérience Stern-Gerlach qui affiche les fameuses raies dédoublées lors de l'application d'un champ magnétique.

L'explication des 2 raies est possible par le concept de spin de l'électron : l'électron porte une charge électrique négative et tourne sur lui-même : il engendre un champ magnétique. Le spin a 2 valeurs : donc deux raies !

Ces hypothèses sont prouvées car elles permettent de calculer la position des raies. Du moins quasiment. Il faut introduire un spin du proton pour arriver à calculer exactement la position des raies ! Le spin du proton a une influence 1 000 fois plus petite que celle du spin de l'électron.

petit aparté : toutes ces expériences ont permis le développement de l'astrophysique, en particulier de déterminer la forme de spirale de notre galaxie et de connaitre la composition en terme d'atomes, des différents corps célestes.

Jusqu'à la fin des années 1950, la seconde était définie comme étant la 86 400e fraction du jour solaire moyen. (La terre fait une rotation autour de son axe en 24 heures ce qui correspond à 86 400 (24 x 3600) secondes.)

1967 : La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 (55 protons et 78 neutrons)

13 au 16 Novembre 2019 , les unités de base du Système International seront toutes redéfinies en référence à 7 constantes physiques dont la valeur exacte sera alors fixée. Dans la redéfinition des unités : Temps (seconde) , Longueur (mètre), Masse (kilogramme), Courant électrique (ampère), Température (kelvin) et Intensité lumineuse (candela) dépendent de cette fréquence de Césium.