Jun Ye : l'horloge qui ne perdrait pas une seconde en 15 milliards d'années

Quelque part dans un laboratoire de Boulder, dans le Colorado, des milliers d'atomes de strontium sont suspendus dans un réseau de lumière laser, et chacun d'eux oscille des centaines de milliers de milliards de fois par seconde. L'horloge qu'ils forment est si stable que, laissée en marche, elle ne gagnerait ni ne perdrait une seconde en quelque quinze milliards d'années, soit à peu près l'âge de l'univers. L'homme qui l'a construite, Jun Ye, est né à Shanghai, a été élevé en grande partie par sa grand-mère et est devenu, le 1er octobre 2026, lauréat du Prix Wolf de physique.

Shanghai, 1967

Jun Ye est né en 1967 à Shanghai. Son père était officier de marine et sa mère scientifique de l'environnement, et il a passé une grande partie de son enfance auprès de sa grand-mère. Il obtient une licence de physique à l'université Jiao-tong de Shanghai en 1989, puis traverse le Pacifique pour l'université du Nouveau-Mexique, où il achève en 1991 un master en optique quantique théorique sous la direction de Marlan Scully.

Le prix Nobel au bout du couloir

Il rejoint l'université du Colorado à Boulder pour son doctorat, qu'il termine en 1997 sous la direction de John L. Hall, qui partagera le prix Nobel de physique 2005 pour ses travaux sur la précision des lasers et les peignes de fréquences. Après une bourse Millikan au Caltech auprès de Jeff Kimble, Ye revient à Boulder en 1999, au JILA, l'institut commun de l'université du Colorado et du National Institute of Standards and Technology, et en devient membre titulaire en 2001. Il n'en est jamais reparti.

Apprendre aux atomes à garder le temps

Une horloge atomique compte les vibrations d'un atome. Plus la fréquence est élevée et plus l'atome est calme, plus le tic-tac est fin. Ye refroidit des atomes de strontium presque jusqu'au zéro absolu et les piège dans un réseau optique, une grille de lumière laser stationnaire. Comme les atomes bougent à peine, un laser peut sonder longtemps leur vibration ultra-stable, et cette vibration devient le battement de l'horloge. En 2018, son horloge à gaz quantique tridimensionnel a atteint une précision fractionnaire de 2,5 parties pour dix trillions sur environ six heures. En 2022, son groupe s'est servi de l'horloge pour mesurer le décalage gravitationnel vers le rouge d'Einstein sur un échantillon haut d'un seul millimètre, observant le temps s'écouler, très légèrement, plus lentement en bas qu'en haut.

Ces horloges ne sont pas des curiosités. Elles affinent la navigation par satellite et les communications, détectent de minuscules variations de la gravité et des champs magnétiques, et vérifient si les constantes de la nature sont vraiment constantes. Il travaille aussi sur les peignes de fréquences et l'information quantique.

Les distinctions

Ye a reçu le prix I. I. Rabi de physique atomique, moléculaire et optique en 2007, son élection à l'Académie nationale des sciences des États-Unis en 2011, le Presidential Rank Award en 2015, le prix Norman F. Ramsey en 2019, le Breakthrough Prize en physique fondamentale (annoncé en 2021 et partagé avec Hidetoshi Katori) et la médaille d'honneur de l'Institut Niels Bohr en 2022. Il est apparu dans le documentaire The Most Unknown sur Netflix en 2018. Au National Institute of Standards and Technology, il détient cinq médailles d'or du département du Commerce.

Pourquoi Jun Ye est considéré comme un génie

Ye a transformé une discipline discrète et presque impossible en un outil qui mesure la forme de l'espace-temps dans un laboratoire. La plupart des scientifiques courent après des phénomènes nouveaux ; Ye court après une barre d'erreur plus petite, encore et encore, jusqu'à ce que la barre d'erreur elle-même devienne la découverte. Ses horloges ne se contentent pas de donner l'heure. Elles nous disent, avec une précision que personne ne croyait accessible, comment l'univers la garde.