La vision d’une horloge à noyau atomique existe depuis longtemps, mais sa réalisation a occupé les chercheurs pendant des décennies. Le défi consistait à trouver un noyau atomique propice à la construction d’une nouvelle génération d’horloges de haute précision. Maintenant, deux équipes de recherche internationales différentes ont réussi simultanément.

Ces nouvelles découvertes ont ouvert la voie au développement d’horloges de haute précision. Ceux-ci apporteront une contribution précieuse à la recherche fondamentale. Ici, ils permettront d’enquêter sur de la matière noire encore inexplorée. Les horloges nucléaires pourraient également être utilisées pour vérifier si les constantes naturelles sont en réalité exactement constantes. De plus, l’horloge nucléaire rendrait beaucoup plus précises les mesures qui ne sont qu’indirectement liées à la mesure du temps : par exemple, de minuscules irrégularités dans le champ de gravité de la Terre pourraient être mesurées et des objets pourraient être positionnés plus précisément à l’aide de la navigation par satellite.

Mesures plus précises

La recherche de l’horloge la plus précise a une longue tradition. On sait, par exemple, qu’il faut un générateur d’horloge qui tique très souvent et avec une extrême précision. Un précurseur de l’horloge nucléaire est l’horloge atomique. Ses générateurs sont les électrons d’un atome, qui peut basculer entre deux états différents de manière très précise. Avec l’horloge nucléaire, ce ne sont pas les états des électrons qui sont utilisés comme générateurs, mais les états du noyau atomique.

Voici ce qu’est une horloge atomique :

Dans l’horloge atomique, les états des gaines d’électrons permettent également des mesures précises : ils peuvent même être utilisés pour mesurer la différence de temps gravitationnelle entre un sommet de montagne et la vallée. Mais les états fondamentaux permettent des mesures encore plus précises.

L’état d’isomère de basse énergie

On a longtemps supposé que les noyaux de thorium convenaient à la construction d’horloges à noyau atomique. Cependant, il était nécessaire de prouver la condition centrale du thorium, à la fois compliquée et complexe.

Les noyaux thorium de l’isotope 229 sont une exception. Cela est dû au faible niveau d’énergie d’un état nucléaire appelé isomère. Cet état central est juste au-dessus de l’état fondamental, l’état avec l’énergie la plus basse possible.