Le césium est le 55ème élément du tableau périodique des éléments. Le césium est la norme pour les horloges atomiques, et fournit en fait la définition de la seconde! Certaines de ses propriétés sont énumérées ci-dessous:
| Poids atomique | 132.90545196 |
| Densité (à 20 ° C) | 1,9 g/cm3 |
| Point d’ébullition | 944 K |
| Point de fusion | 301.59 K |
Césium définissant notre unité de temps
Notre unité de temps la plus courante, la seconde, a été définie à l’origine en fonction de la rotation de la Terre; la Terre tourne autour de son axe une fois par jour, la seconde étant définie comme 1/86 400 de jour (solaire moyen). Mis à part le fait qu’il existe différentes définitions de ce qu’est un « jour », l’utilisation de la rotation de la Terre comme définition du temps n’est pas pratique en raison d’irrégularités dans la fréquence de sa rotation.
De nos jours, le césium 133 est utilisé comme définition pour le second en raison de la fréquence fiable des micro-ondes qu’il émet. La définition est :
La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes du rayonnement correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133.
En termes plus simples, l’énergie rayonnante, ou lumière, sous forme de micro-ondes est émise à une fréquence très précise à partir de cette transition atomique particulière. En observant exactement 9 192 631 770 périodes (ou cycles) de cette onde électromagnétique, on dit qu’une seconde s’est écoulée.
Notez que cette fréquence se produit lorsque l’atome de césium 133 est isolé à température nulle absolue; en réalité des corrections pour cela sont nécessaires. Pourtant, les horloges atomiques utilisant le césium maintiennent le temps avec une précision de 2 à 3 parties en 1014: cela signifie qu’il ne peut perdre une seconde qu’une fois tous les 1,4 million d’années!
Pour en savoir plus sur la science des horloges au césium, visitez Hyperphysique.
Applications
Il existe de nombreuses utilisations immédiatement pratiques pour des horloges extrêmement précises. Le plus important est peut-être le Système de positionnement mondial (GPS) de la Terre, qui nécessite des horloges atomiques pour fournir des mesures précises de la distance. Ils fournissent également une référence temporelle fiable dans les applications de recherche scientifique, telles que la mesure des variations des fréquences des pulsars. Les horloges au césium ont également fourni la précision nécessaire pour tester la relativité générale, car une horloge atomique fonctionnant au-dessus de la surface de la Terre dans un satellite tiquera plus vite qu’une horloge fonctionnant au sol.
Vidéo
La vidéo ci-dessous provient du projet de vidéos périodiques de l’Université de Nottingham. Ils ont créé une suite complète de courtes vidéos sur chaque élément du tableau périodique des éléments.
- Réalisé en interne par un membre de l’équipe d’éducation à l’énergie, avec des informations provenant de son élémentaire (Jefferson Lab), disponibles: https://education.jlab.org/itselemental/ele055.html
- Jefferson Lab, L’élément Césium, Disponible: https://education.jlab.org/itselemental/ele055.html
- 3.0 3.1 3.2 Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). « Unité de temps (seconde) », Brochure SI, Sec.2.1.1.3, Disponible: https://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/second.html
- Observatoire naval des États-Unis. « Atomes de Césium au Travail », Service du Temps, Disponible: http://tycho.usno.navy.mil/cesium.html
- Hyperphysique. « Horloges Atomiques », Disponibles: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acloc.html
- Voir plus de vidéos de l’Université de Nottingham sur différents éléments ici: http://www.periodicvideos.com/