Une équipe de chercheurs de l’Université technique de Vienne (TU Wien) met au point le premier prototype d’une horloge nucléaire à l’aide du thorium

Le fonctionnement d’une horloge consiste à utiliser un pendule pour produire les oscillations nécessaires à la mesure du temps, comme le balancier d’une horloge à pendule. Améliorer la précision des horloges fait ainsi l’objet de recherches constantes. Au cours du 20e siècle, l’horloge atomique a permis d’attendre un niveau de précision inégalée : utilisant les oscillations d’un faisceau laser qui faisaient passé des électrons d’un atome (caesium oui strontium) d’un niveau d’énergie à un autre. Cependant, ce type d’horloge peut perdre en précision en raison du fait que les électrons peuvent être affectés par des champs magnétiques et électriques. Depuis plusieurs années, des chercheurs travaillent sur l’éventualité de remplacer les électrons de l’atome par des noyaux d’atome, plus lourds et moins sujets aux perturbations électromagnétiques. Néanmoins, les noyaux d’atome requièrent une énergie supplémentaire que celle utilisée pour un atome. Le seul élément qui semblait pouvoir répondre aux caractéristiques était le thorium. Et c’est l’Université technique de Vienne qui a réussi à prouver la possibilité d’utiliser le noyau de cet élément.

En effet, en avril dernier, l’équipe du chercheur Schumm de l’Université technique de Vienne a réussi à scinder le noyau atomique de thorium, permettant le calcul entre deux états quantiques. Grâce à cette première expérience, l’équipe autrichienne a pu ainsi réaliser le premier prototype d’horloge nucléaire, avec une équipe internationale, composée notamment de chercheurs issus de l’Institut conjoint du laboratoire d’astrophysique (JILA) de l’Université du Colorado-Boulder. Par ailleurs, le cristal de thorium, utilisé pour le prototype, a été produit au sein de l’institut de Vienne dans l’Institut nucléaire de Vienne. Ainsi, cette première expérience a permis de franchir une grande étape, comme le souligne le chercheur Thorsten Schumm, en prouvant qu’on pouvait utiliser le thorium pour effectuer des mesures ultra précises. « Bien entendu, le prototype actuel n’est pas encore précis comme l’horloge atomique », tient à rappeler le physicien, « mais il introduit un nouveau concept, comme les premières voitures qui n’étaient pas plus rapide que les calèches ».

Perspectives pour la recherche
Enfin, les perspectives pour la recherche et l’innovation sont nombreuses. A titre d’exemple pour le GPS qui nécessite des mesures très précises, cela pourrait permettre de rendre cette technologie plus rapide, plus sûre et plus exacte.

Sources

• Der Standard, Erstmals Thorium-Atomkern-Uhr realisiert, le 4 septembre 2024 (en allemand)
• Sciences Daily, Nuclear clock will be accurate over billions of years, le 5 septembre 2024 (en anglais)
• TU Wien, Die erste Atomkern-Uhr der Welt, le 4 septembre 2024 (en allemand)

Rédactrice : Emeline Ogereau, emeline.ogereau[at]diplomatie.gouv.fr - http:/at.ambafrance.org