Des chercheurs chinois développent un modèle d'horloge nucléaire environ six fois plus stable

Des chercheurs chinois ont progressé dans le développement des horloges nucléaires : les tests d'un prototype expérimental qu'ils ont mis au point ont montré une stabilité environ six fois supérieure à celle d'un modèle créé par une équipe scientifique à Vienne, ce qui pourrait ouvrir la voie à des instruments de mesure du temps ultra-précis et à des applications scientifiques plus larges.

La technique repose sur les noyaux d'atomes de thorium-229 plutôt que sur les électrons utilisés dans les horloges atomiques traditionnelles, dans le but de réduire l'influence des perturbations externes et d'améliorer à terme la stabilité et la précision des mesures.

Le modèle développé par des chercheurs de l'université Tsinghua est basé sur des cristaux contenant des noyaux de thorium-229 illuminés par un rayonnement ultraviolet (UV) délivré par laser. Lorsque les noyaux réagissent à une fréquence précise, cette transition nucléaire peut servir de référence pour régler la fréquence de l'horloge et mesurer sa stabilité.

Cette approche diffère des horloges atomiques classiques car elle exploite des transitions d'énergie à l'intérieur du noyau lui‑même plutôt que des transitions des électrons environnants ; en raison de la petite taille du noyau et de la forte liaison de ses constituants, les scientifiques espèrent qu'elle fournira une référence moins sensible aux facteurs externes perturbant les mesures.

Les tests ont montré que les signaux issus de deux cristaux fabriqués indépendamment concordent à un degré élevé, ce qui renforce la possibilité de reproduire l'expérience et d'obtenir des résultats proches lors de la fabrication de nouveaux cristaux plutôt que de dépendre d'un échantillon unique et exceptionnel.

Cela dit, ces résultats ne signifient pas que l'horloge nucléaire chinoise soit désormais la plus précise au monde ; les horloges atomiques et optiques avancées restent supérieures en performance globale. Le développement de la technique exige d'améliorer les systèmes laser, d'élever la qualité des cristaux et de réduire les défauts au sein de ceux-ci pour renforcer stabilité et précision.

La rareté du thorium-229 représente un défi supplémentaire, car elle limite la capacité à mener des expériences répétées avec des cristaux aux propriétés variées. L'horloge nucléaire en est encore au stade du développement et n'a pas atteint un niveau d'utilisation pratique généralisé.

L'intérêt des horloges nucléaires ne se limite pas à la mesure du temps : elles pourraient permettre de tester certaines lois fondamentales de la physique et de rechercher d'éventuels effets de la matière noire en observant des variations extrêmement faibles des constantes physiques. Une équipe à Vienne avait utilisé son horloge nucléaire pour une recherche sur la matière noire, sans trouver de preuve de son existence.

À long terme, les chercheurs espèrent développer des horloges nucléaires compactes destinées à la navigation par satellite, aux mesures ultra‑précises et à la synchronisation des données, à condition que la technologie atteigne des niveaux de stabilité et de précision suffisants pour passer des expériences de laboratoire aux applications pratiques.