Pour la première fois, des chercheurs ont construit des horloges nucléaires fonctionnelles qui battent en utilisant l'énergie du noyau d'un atome, et non ses électrons. Deux équipes indépendantes, l'une aux États-Unis et l'autre en Autriche, ont dévoilé ces garde-temps tant attendus. Elles promettent une précision qui pourrait éventuellement surpasser les meilleures horloges atomiques du monde d'un facteur dix ou plus.
Une horloge qui utilise le cœur d'un atome
Les horloges atomiques, l'étalon-or actuel, mesurent le temps en comptant les vibrations des électrons lorsqu'ils sautent entre les niveaux d'énergie. Les horloges nucléaires font quelque chose de similaire mais utilisent le noyau lui-même. Le noyau est beaucoup moins sensible aux perturbations extérieures comme les champs magnétiques ou les variations de température. Cette stabilité pourrait rendre les horloges nucléaires extraordinairement précises. L'ingrédient clé est un isotope rare du thorium, le thorium 229, qui possède un état de basse énergie unique pouvant être déclenché par un laser.
Deux équipes, deux approches, une percée
Des chercheurs du Joint Institute for Laboratory Astrophysics à Boulder, Colorado, ont construit une version. Ils ont intégré des atomes de thorium dans un cristal de fluorure de calcium et utilisé un laser ultraviolet spécial pour exciter les noyaux. Un groupe distinct de l'Université de Technologie de Vienne en Autriche a emprunté une voie différente. Ils ont piégé des ions de thorium individuels dans un champ électrique et les ont frappés avec de la lumière laser. Les deux équipes ont réussi à faire battre les noyaux, produisant un signal mesurable pouvant être utilisé pour garder le temps. Les résultats ont été publiés dans Nature.
Pourquoi cela importe au-delà de meilleures horloges
Pour les physiciens, les horloges nucléaires ne sont pas seulement une question de mesure du temps plus précise. Elles pourraient devenir des outils puissants pour tester les théories fondamentales. Parce que le noyau est si isolé de son environnement, tout changement infime dans son rythme de battement pourrait révéler de nouvelles forces ou particules que la physique standard ne prend pas en compte. Certains chercheurs espèrent que les horloges nucléaires pourraient détecter des variations dans les constantes fondamentales de la nature, ce qui ébranlerait les fondations de la physique moderne. La technologie en est encore à ses balbutiements, mais les premiers battements ont été entendus.
Une nouvelle ère de la mesure du temps commence
L'arrivée d'horloges nucléaires fonctionnelles marque un véritable jalon en physique expérimentale. Pendant des décennies, l'idée n'existait que sur le papier. Maintenant, elle est réelle. Les horloges ne sont pas encore prêtes à remplacer les étalons de temps atomiques, mais elles ont franchi le seuil de la théorie à la pratique. Cela seul est une réalisation significative. Ce que ces horloges révéleront sur l'univers reste à voir, mais le tic-tac a commencé.
