Des physiciens en Europe et en Chine ont réussi à construire les premières horloges nucléaires autonomes, utilisant les transitions énergétiques du noyau de l’atome de thorium-229. Cette avancée, détaillée dans des prépublications en juin 2026, marque une étape majeure dans la métrologie quantique, promettant une précision supérieure aux horloges atomiques actuelles basées sur les électrons.
Une transition historique de l’électron vers le noyau
La mesure du temps vient de franchir un cap technologique. Depuis les années 1950, les horloges atomiques reposent sur les oscillations des électrons lorsqu’ils changent d’état énergétique sous l’effet d’un laser. Cependant, les électrons sont situés en périphérie de l’atome, ce qui les rend vulnérables aux interférences extérieures. Comme le rapporte ScienceAlert, les physiciens cherchent depuis 2003 à exploiter le noyau atomique, bien plus stable car protégé au cœur de l’atome. Le thorium-229 est au centre de cette quête en raison de son état de transition à très basse énergie, le seul accessible par les technologies laser actuelles. Après une série de percées réalisées en 2024, deux équipes indépendantes — l’une basée à l’Université technique de Vienne et l’autre à l’Université Tsinghua — ont réussi à transformer cette propriété physique en un dispositif capable de stabiliser une fréquence laser.L’implémentation des deux systèmes de mesure
Bien que les deux équipes aient utilisé des noyaux de thorium-229 insérés dans des cristaux de fluorure de calcium, leurs approches diffèrent. L’équipe européenne a conçu un dispositif qui fonctionne comme une horloge autonome, stabilisant continuellement la fréquence d’un laser. Selon les travaux cités par Science News, cette horloge a été comparée à un modèle à ions ytterbium pour valider sa stabilité à long terme.« Le système présenté dans ce travail constitue la première mise en œuvre d’une horloge nucléaire qui fonctionne comme un dispositif autonome.
L’objectif de cette recherche dépasse la simple précision chronométrique. En étendant la métrologie quantique aux transitions nucléaires, les scientifiques ouvrent une plateforme pour tester les constantes fondamentales de la nature.Implications pour la physique fondamentale et la matière noire
La précision accrue des horloges nucléaires offre de nouvelles perspectives pour détecter des phénomènes jusqu’ici insaisissables. Les chercheurs estiment que ces dispositifs permettent de poser des contraintes inédites sur les interactions entre la matière noire et la matière ordinaire.« Tirant profit de la sensibilité accrue de la transition du thorium-229, ces contraintes rivalisent avec les meilleures horloges atomiques concernant le couplage de la matière noire aux photons et vont au-delà des mesures précédentes concernant le couplage à la force forte et aux quarks.
« En faisant d’un noyau atomique adressé par laser une référence d’horloge opérationnelle, ce travail étend la métrologie quantique des transitions électroniques aux transitions nucléaires, et ouvre une nouvelle plateforme pour des horloges compactes, des capteurs quantiques nucléaires à l’état solide et des tests de précision de la physique fondamentale.
Alors que ces résultats sont en cours d’examen par la communauté scientifique via les plateformes de prépublication, le secteur de la physique de précision se prépare à une nouvelle ère. La capacité à isoler le noyau atomique des perturbations environnementales signifie que les futures générations d’horloges ne perdront pas la moindre seconde sur des échelles de temps dépassant l’âge actuel de l’univers, tout en devenant des instruments de mesure capables de sonder les forces les plus fondamentales de notre réalité.Find more reporting in our Sciences et technologies section.