Révolution en physique : des scientifiques créent la première horloge nucléaire au thorium-229

Un tournant technologique majeur, attendu depuis longtemps dans le monde de la physique moderne, vient de se produire : deux groupes de chercheurs indépendants ont réussi pour la première fois à créer une horloge nucléaire fonctionnelle. Cette découverte devrait porter la précision de la mesure du temps à un niveau totalement nouveau. Selon ixbt.com, cet exploit a été réalisé par des scientifiques de l'Université Xinhua en Chine et du Centre des sciences et technologies quantiques de Vienne en Autriche. C'est ce qu'indique Ixbt.com dans son article.

Actuellement, les instruments de mesure du temps les plus précis au monde sont les horloges atomiques. Elles calculent le temps via les fréquences de transition dans les couches électroniques de l'atome. Cependant, la nouvelle horloge nucléaire diffère fondamentalement : elle repose sur les transitions entre les états énergétiques au sein même du noyau atomique, c'est-à-dire entre protons et neutrons. Cette méthode se distingue par sa résistance aux influences des champs électriques et magnétiques externes, car le noyau est bien mieux protégé que les couches électroniques.

La particularité de l'isotope thorium-229

L'isotope thorium-229 a été choisi comme objet principal pour la création de l'horloge nucléaire. La particularité de cet élément est que le processus de transition énergétique dans son noyau possède une énergie nettement plus basse que celle des autres éléments. Cela permet d'exciter le processus à l'aide d'un rayonnement laser. Pour presque tous les autres noyaux, atteindre un tel résultat était considéré comme impossible car cela nécessitait une énergie extrêmement élevée.

Mais le processus technologique n'a pas été simple. Le problème principal était la nécessité de travailler dans le spectre d'une longueur d'onde de 148 nm. Le contrôle stable d'un rayonnement laser dans cette plage est une tâche extrêmement complexe. Les scientifiques chinois et européens ont surmonté cet obstacle en plaçant des noyaux de thorium-229 dans des cristaux de fluorure de calcium (CaF2) et en les irradiant à l'aide d'un laser ultraviolet sous vide.

Importance pratique de la découverte

Les résultats obtenus lors des recherches sont impressionnants. Le groupe chinois dirigé par Beichen Xuan a démontré une stabilité d'une fraction d'un billionième par jour en « verrouillant » la fréquence laser sur la transition nucléaire. Cette performance peut rivaliser avec les meilleures horloges atomiques actuelles. Quant aux scientifiques autrichiens, dirigés par Luca Toscani de Col, ils ont utilisé ce système pour rechercher la « matière noire », l'une des parties les plus mystérieuses de l'univers.

L'application des horloges nucléaires dans la vie réelle pourrait révolutionner les domaines suivants :

• Amélioration de la précision des systèmes de navigation de nouvelle génération (GPS et autres) ;
• Mesure des champs gravitationnels avec une ultra-haute précision ;
• Vérification de l'immuabilité des constantes fondamentales de la physique ;
• Recherche de nouveaux effets physiques au-delà du modèle standard.

Selon les experts, les horloges nucléaires sont passées du concept théorique à la technologie réelle. À l'avenir, il est prévu de miniaturiser ces dispositifs et de les intégrer dans les technologies quotidiennes. Cela ouvrira non seulement de nouvelles perspectives pour la mesure précise du temps, mais aussi pour l'étude des secrets de l'univers.