Une souricière dans le noyau atomique : lire le thorium grâce aux électrons éjectés ✛

Original: "$$^{229}$$Th Nuclear Spectroscopy in an Opaque Material: Laser-Based Conversion Electron Mössbauer Spectroscopy of $$^{229}$$ThO$$_2$$"
arXiv:2506.03018v1 · 2025-06-03 · CC BY 4.0 · 1 min
Au lieu de la lumière, les physiciens capturent les électrons arrachés pour voir à l'intérieur du noyau du thorium, qui se comporte comme une horloge.

Au cœur du noyau de thorium-229 se cache une souricière à la détente très sensible. Lorsqu'un laser la déclenche, elle se referme normalement en émettant une lueur ultraviolette. Mais dans de nombreux cristaux, cette lumière est étouffée — comme une cloche enveloppée dans un tissu — rendant la souricière apparemment silencieuse. Aujourd'hui, des physiciens contournent complètement la lumière : ils détectent le déclenchement lui-même en capturant l'électron qui est éjecté lorsque la souricière se referme. Cette méthode, appelée spectroscopie de conversion interne, permet de lire l'état nucléaire même à travers des matériaux qui bloqueraient la lumière.

Le gain est en vitesse. En fabriquant le cristal à partir d'un isotope spécifique du thorium, la souricière se referme en seulement 10 microsecondes — cent millions de fois plus vite que d'attendre la lumière. Une horloge nucléaire basée sur cette lecture électronique pourrait devenir 10 000 fois plus stable, perdant potentiellement moins d'une seconde sur l'âge de l'univers. Une telle horloge permettrait de tester si la vitesse de la lumière est vraiment constante et de sonder le modèle standard de la physique pour y trouver des fissures.

Le noyau est une souricière : au lieu d'un éclair, il éjecte un électron. Attrapez cet électron, et vous savez que la souricière s'est déclenchée.

L'énergie nécessaire pour déclencher la souricière n'est que de 8,4 électronvolts, facilement fournie par un laser — la plupart des transitions nucléaires exigent des accélérateurs de particules monstrueux.

\Delta f/f \approx 2\times 10^{-18}
L'instabilité relative limite de la fréquence d'une horloge nucléaire à base de ThO2 sur 1 seconde de moyennage est de deux ordres de grandeur meilleure que celle des étalons au césium.
Scientifiques
Wilhelm WienWilliam HerschelChristian DopplerD. B. McLaughlinDidier QuelozMichel Mayor
Notions
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