Deux équipes dévoilent des horloges nucléaires révolutionnaires
Deux équipes indépendantes, l’une européenne et l’autre chinoise, ont récemment développé les premières horloges basées sur le noyau atomique, plutôt que sur les électrons. Cette avancée technique pourrait offrir une précision sans précédent, surpassant tout ce que l’humanité a construit jusqu’à présent, et permettant potentiellement la détection de la matière noire.
Les horloges atomiques, en usage depuis les années 1950, ment le temps par les oscillations des électrons, qui changent d’état énergétique lorsqu’ils sont exposés à un laser. Bien qu’extrêmement précises, ces horloges présentent une vulnérabilité : les électrons, situés à la périphérie de l’atome, sont sensibles aux perturbations environnementales telles que les champs électromagnétiques et les variations de température.
L’idée des horloges nucléaires, introduite en 2003, consiste à utiliser le noyau atomique comme référence temporelle. Protégé au centre de l’atome, le noyau est moins affecté par les influences extérieures. Cependant, les transitions nucléaires nécessitent généralement des énergies plus élevées que celles accessibles par les lasers conventionnels. Le thorium-229 est un élément clé, car son état de transition est suffisamment bas pour être manipulé par la spectroscopie laser ultraviolette.
En 2024, des chercheurs autrichiens et allemands ont réussi à déclencher la transition énergétique du thorium-229. Récemment, deux équipes ont franchi une étape décisive en transformant ce phénomène en horloge fonctionnelle. L’équipe européenne, dirigée par Luca Toscani De Col à l’Université technique de Vienne, a conçu un dispositif autonome qui interroge les noyaux de thorium-229 enfermés dans des cristaux de fluorure de calcium. Ce système a démontré une stabilité remarquable sur le long terme et a été utilisé pour rechercher des traces de matière noire ultralégère.
De son côté, l’équipe de Beichen Huang à l’Université Tsinghua a abordé une question essentielle : la reproductibilité des horloges nucléaires. En testant deux cristaux indépendamment fabriqués, les chercheurs ont obtenu des fréquences presque identiques, indiquant que ces horloges pourraient devenir des standards reproductibles à grande échelle.
Bien que ces prototypes n’égalisent pas encore les meilleures horloges atomiques, qui bénéficient de plusieurs décennies d’avancées technologiques, ils démontrent que les horloges nucléaires peuvent fonctionner dans des conditions réelles. Si les prévisions des scientifiques se concrétisent, ces horloges pourraient surpasser les standards actuels dans les années à venir.
Les détails de ces recherches ont été publiés dans des prépublications sur arXiv.
Source : SciencePost
