Horloges nucléaires au thorium : un nouveau cap dans la mesure du temps express
Les horloges atomiques classiques reposent sur la spectroscopie — le comptage des oscillations des électrons. Les horloges nucléaires au thorium-229 s'adressent au noyau lui-même. Son état excité vit 641 secondes : pour la physique nucléaire, c'est un pendule dans un sirop épais, où un balancement dure une éternité, mais est d'une stabilité irréprochable.
En plaçant ces noyaux dans un cristal, les physiciens sont confrontés à un problème : les défauts du réseau agissent comme un sol inégal, qui perturbe le rythme de chaque pendule à sa manière. Le défi est d'aplanir ce sol. Alors, les horloges deviendront plus précises : une erreur d'une seconde sur toute l'existence de l'Univers. Elles pourront détecter la différence d'écoulement du temps entre les étages et tester la solidité du modèle standard de la physique.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2511.13017
Motivated by recent experimental breakthroughs toward a realization of a solid-state Thorium-229 nuclear clock, we review the technology, basic physics motivation, and limitations of the present generation of atomic clocks. We then discuss prospects for a new generation of clocks based on an anomalous low-energy 8.4 eV nuclear transition in Th-229, with an extremely long lifetime of 641 seconds when doped into CaF crystals. To realize such solid-state nuclear clocks one must confront basic nuclear, AMO, and solid state physics questions. Key challenges are understanding and minimizing the effects of inhomogeneous broadening, associated with strains and electric field gradients due to both the Th dopants and intrinsic crystal defects.
Le thorium-229 est le seul noyau dont la transition peut être déclenchée par un simple laser ultraviolet, et non par un dangereux rayonnement gamma. Cela rend les expériences de laboratoire sûres et accessibles.