Pendant des décennies, les horloges atomiques ont été la référence absolue pour mesurer le temps. Aujourd'hui, deux équipes de recherche indépendantes ont construit quelque chose qui les relègue au second plan : les premières horloges nucléaires au monde.
Ces nouveaux garde-temps, développés par des groupes aux États-Unis et en Europe, utilisent le noyau d'un atome plutôt que ses électrons pour mesurer le temps. Le résultat est une horloge qui pourrait à terme être plus stable et plus précise que n'importe quelle horloge atomique jamais fabriquée.
Une horloge qui tic-tac au cœur de l'atome
Les horloges atomiques fonctionnent en mesurant les sauts d'énergie des électrons en orbite autour d'un atome. Les horloges nucléaires vont plus loin. Elles mesurent les transitions énergétiques à l'intérieur même du noyau, une région bien moins affectée par les perturbations extérieures comme les champs magnétiques ou les variations de température.
L'ingrédient clé de ces horloges est un isotope rare appelé thorium-229. Son noyau possède une propriété unique : il peut être excité par la lumière d'un laser ultraviolet, ce qui permet de déclencher et de mesurer une transition nucléaire. Les scientifiques poursuivaient cette capacité depuis des années.
Les deux équipes ont utilisé des atomes de thorium-229 intégrés dans un cristal. Elles ont frappé les noyaux avec un laser ultraviolet de précision et compté les tic-tac résultants. Les expériences ont eu lieu dans des laboratoires distincts, l'un aux États-Unis et l'autre en Europe, et les deux ont réussi à peu près au même moment.
Pourquoi les chercheurs locaux et le monde entier sont attentifs
Pour les physiciens, c'est un jalon attendu depuis des décennies. L'idée d'une horloge nucléaire a été proposée pour la première fois dans les années 1970, mais la technologie pour la réaliser n'a été mise au point que récemment. Les chercheurs du domaine ont qualifié cette percée de réalisation longtemps attendue.
Les nouvelles horloges ne sont pas encore prêtes à remplacer les horloges atomiques dans l'usage quotidien. Ce sont de grandes installations de laboratoire délicates. Mais le potentiel est énorme. Les horloges nucléaires pourraient améliorer la précision du GPS, tester les théories fondamentales de la physique et même détecter de minuscules changements dans les constantes fondamentales au fil du temps.
Les scientifiques locaux impliqués dans les projets ont exprimé leur enthousiasme quant à ce que les horloges pourraient révéler. La capacité à mesurer le temps à ce niveau pourrait ouvrir des fenêtres sur la matière noire ou d'autres phénomènes que les instruments actuels ne peuvent pas détecter.
Une nouvelle ère pour la mesure du temps
L'arrivée des horloges nucléaires ne signifie pas que les horloges atomiques sont obsolètes. Mais elle marque un changement. Pour la première fois, la mesure du temps est passée de la couche électronique au noyau. L'écart de précision entre les deux types d'horloges est encore en cours de mesure, mais les premiers résultats suggèrent que les horloges nucléaires pourraient à terme surpasser leurs prédécesseurs atomiques d'une marge significative.
Les deux équipes de recherche ont publié leurs résultats dans des revues scientifiques, et d'autres laboratoires travaillent déjà à construire leurs propres versions. La course pour affiner et miniaturiser les horloges nucléaires a commencé.
