Les horloges nucléaires mettent le cœur de l’atome à contribution

Des équipes indépendantes à Vienne et à Pékin ont construit des horloges nucléaires fonctionnelles, qui mesurent le temps grâce aux variations d’énergie au sein des noyaux atomiques. Ces prototypes ne surpassent pas encore les meilleures horloges atomiques, mais ils démontrent la faisabilité d’une technologie que les physiciens cherchent à développer depuis près de 50 ans.

Décrits dans la revue Nature, les deux dispositifs utilisent des lasers et du thorium-229, une forme de thorium incorporée dans des cristaux. Les horloges atomiques classiques reposent sur des variations d’énergie impliquant les électrons. Les horloges nucléaires utilisent, elles, des variations au sein du noyau de l’atome, moins sensible aux perturbations extérieures. Ici, le terme « nucléaire » désigne le mécanisme de mesure du temps, et non une source d’énergie fondée sur la fission ou la fusion.

L’horloge viennoise est restée stable pendant plus de 24 heures sans intervention. Sa précision mesurée correspond à une erreur d’environ une seconde en 30 millions d’années. À titre de comparaison, les meilleures horloges atomiques classiques n’avanceraient ou ne retarderaient que d’une seconde sur des milliards d’années.

Les perspectives dépassent la seule mesure du temps. Lors d’une expérience de recherche de matière noire, le dispositif viennois a atteint le niveau de performance des meilleures horloges atomiques, sans toutefois détecter de matière noire. Les chercheurs espèrent que des versions améliorées permettront de tester plus finement les lois de la physique fondamentale. Les équipes présentent aussi des atouts complémentaires : les cristaux de thorium de Vienne ont de meilleures propriétés optiques et une concentration en thorium plus élevée, tandis que le laser de Pékin est plus puissant, ce qui laisse entrevoir une voie concrète pour améliorer les performances.