Des scientifiques chinois ont développé une horloge optique nucléaire qui utilise le noyau d’un atome de thorium 229 pour donner l’heure, marquant une avancée majeure vers une nouvelle génération d’horloges très précises.
Une équipe dirigée par Ding Shiqian de l’Université Tsinghua a utilisé un laser ultraviolet à onde continue spécialement développé et un minuscule cristal contenant du thorium-229 pour détecter et mesurer avec précision une transition à l’intérieur du noyau atomique. L’équipe a ensuite verrouillé la fréquence du laser sur cette transition nucléaire, permettant au système de fonctionner comme une horloge optique nucléaire.
Les résultats ont été publiés en ligne mercredi. L’équipe chinoise et une équipe européenne ont réussi à faire fonctionner indépendamment une horloge optique nucléaire à peu près au même moment.
Les horloges optiques les plus précises actuelles utilisent des transitions impliquant des électrons dans des atomes. Une horloge optique nucléaire utilise plutôt une transition à l’intérieur du noyau atomique comme référence temporelle. Le noyau étant beaucoup plus petit que l’atome qui l’entoure, il est moins sensible aux perturbations de l’environnement externe, ce qui pourrait permettre un chronométrage encore plus précis.
La technologie pourrait également offrir des avantages en termes de taille et d’ingénierie, avec des applications potentielles dans la navigation par satellite et l’exploration de l’espace lointain, où une synchronisation très précise est essentielle.
Un obstacle majeur a été la nécessité de disposer d’un laser à onde continue d’une longueur d’onde de 148 nanomètres, nécessaire pour piloter avec précision la transition du thorium-229. L’équipe de Ding a été la première à développer un tel laser.
L’équipe a également surmonté une pénurie de thorium-229. En utilisant seulement 1,4 microgrammes de l’isotope, les chercheurs ont réussi à produire un cristal de fluorure de calcium dopé au thorium à l’échelle millimétrique en une seule tentative. La quantité utilisée était environ 200 fois inférieure à celle utilisée par l’équipe européenne.
L’horloge nucléaire de l’équipe chinoise a atteint une stabilité de deuxième niveau presque supérieure d’un ordre de grandeur à celle de l’équipe européenne, démontrant le potentiel des horloges nucléaires en tant que nouvelle norme en matière de chronométrage de précision.
(Image de couverture : Un chercheur travaille sur l’horloge optique nucléaire. /CMG)
