Une unité de temps presque inimaginable
Depuis l'invention des premières horloges mécaniques, l'humanité n'a cessé de chercher à mesurer le temps avec une précision toujours plus grande.
Des chronomètres de marine aux montres à quartz contemporaine (le calibre Citizen 0100 est précis à la seconde près sur une année, un record), puis aux horloges atomiques capables de dériver de moins d'une seconde en plusieurs milliards d'années, chaque progrès a repoussé les limites de la chronométrie.
Mais dans les laboratoires de physique fondamentale, ces performances ne suffisent plus. Les chercheurs travaillent aujourd'hui sur des phénomènes dont la durée se mesure en zeptosecondes où une unité correspond à 10⁻²¹ seconde, soit un sextillionième de seconde.
Pour prendre la mesure de cet ordre de grandeur, une seule seconde contient un milliard de milliards de zeptosecondes. À cette échelle, les événements étudiés concernent le comportement des électrons, des photons ou des particules élémentaires.
Des chronomètres de marine aux montres à quartz contemporaine (le calibre Citizen 0100 est précis à la seconde près sur une année, un record), puis aux horloges atomiques capables de dériver de moins d'une seconde en plusieurs milliards d'années, chaque progrès a repoussé les limites de la chronométrie.
Mais dans les laboratoires de physique fondamentale, ces performances ne suffisent plus. Les chercheurs travaillent aujourd'hui sur des phénomènes dont la durée se mesure en zeptosecondes où une unité correspond à 10⁻²¹ seconde, soit un sextillionième de seconde.
Pour prendre la mesure de cet ordre de grandeur, une seule seconde contient un milliard de milliards de zeptosecondes. À cette échelle, les événements étudiés concernent le comportement des électrons, des photons ou des particules élémentaires.
Zeptoseconde : un record scientifique établi en 2020
La zeptoseconde est longtemps restée une simple unité théorique. Cependant, en 2020, une équipe de physiciens de l'université Goethe de Francfort (Allemagne) est parvenue à mesurer un phénomène se déroulant sur cette échelle de temps.
Comment ? Grâce aux installations du synchrotron PETRA III du DESY à Hambourg, les chercheurs ont calculé qu'il fallait 247 zeptosecondes à un photon pour traverser une molécule de dihydrogène.
Bon à savoir : cette expérience constitue l'une des mesures temporelles les plus courtes jamais réalisées. Elle ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre les interactions entre la lumière et la matière à l'échelle atomique.
Comment ? Grâce aux installations du synchrotron PETRA III du DESY à Hambourg, les chercheurs ont calculé qu'il fallait 247 zeptosecondes à un photon pour traverser une molécule de dihydrogène.
Bon à savoir : cette expérience constitue l'une des mesures temporelles les plus courtes jamais réalisées. Elle ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre les interactions entre la lumière et la matière à l'échelle atomique.
Comment mesure-t-on un temps aussi court ?
Bien évidemment, aucun instrument ne « compte » directement les zeptosecondes comme une montre mesure les secondes.
Les physiciens utilisent des impulsions de rayons X extrêmement énergétiques afin d'arracher des électrons aux molécules.
En étudiant les figures d'interférence produites lors de cette interaction, ils peuvent reconstituer avec une précision remarquable le délai séparant deux événements, jusqu'à atteindre l'échelle de quelques centaines de zeptosecondes.
Ces travaux prolongent les recherches récompensées par le prix Nobel de chimie attribué à Ahmed Zewail en 1999 pour la femtochimie, discipline qui permettait déjà d'observer les réactions chimiques à l'échelle de la femtoseconde.
La zeptoseconde représente un nouveau bond spectaculaire dans cette quête de précision.
Les physiciens utilisent des impulsions de rayons X extrêmement énergétiques afin d'arracher des électrons aux molécules.
En étudiant les figures d'interférence produites lors de cette interaction, ils peuvent reconstituer avec une précision remarquable le délai séparant deux événements, jusqu'à atteindre l'échelle de quelques centaines de zeptosecondes.
Ces travaux prolongent les recherches récompensées par le prix Nobel de chimie attribué à Ahmed Zewail en 1999 pour la femtochimie, discipline qui permettait déjà d'observer les réactions chimiques à l'échelle de la femtoseconde.
La zeptoseconde représente un nouveau bond spectaculaire dans cette quête de précision.
Une unité sans application horlogère… mais riche de sens
Naturellement, aucune montre, aucun mouvement mécanique ou quartz et même aucune horloge atomique n'a vocation à mesurer des intervalles aussi courts.
Pour autant, la zeptoseconde rappelle que la mesure du temps dépasse largement le cadre de l'horlogerie. Elle constitue un outil indispensable pour explorer les lois fondamentales de l'Univers, comprendre le comportement de la matière et perfectionner les technologies de demain.
La zeptoseconde nous rappelle aussi qu'il existe un monde où les notions de seconde, de minute ou même de nanoseconde n'ont plus de sens. Dans cet univers infiniment petit, le temps devient une grandeur scientifique dont l'observation nécessite des instruments dignes de la recherche fondamentale.
À l'heure où les manufactures revendiquent des précisions de quelques secondes par an, il est fascinant de constater que les physiciens explorent déjà des phénomènes se déroulant en quelques centaines de zeptosecondes. Une autre manière de rappeler que la quête de la mesure parfaite du temps est loin d'avoir atteint ses limites.
Pour autant, la zeptoseconde rappelle que la mesure du temps dépasse largement le cadre de l'horlogerie. Elle constitue un outil indispensable pour explorer les lois fondamentales de l'Univers, comprendre le comportement de la matière et perfectionner les technologies de demain.
La zeptoseconde nous rappelle aussi qu'il existe un monde où les notions de seconde, de minute ou même de nanoseconde n'ont plus de sens. Dans cet univers infiniment petit, le temps devient une grandeur scientifique dont l'observation nécessite des instruments dignes de la recherche fondamentale.
À l'heure où les manufactures revendiquent des précisions de quelques secondes par an, il est fascinant de constater que les physiciens explorent déjà des phénomènes se déroulant en quelques centaines de zeptosecondes. Une autre manière de rappeler que la quête de la mesure parfaite du temps est loin d'avoir atteint ses limites.
