L'horloge nucléaire au thorium tictaque avec un murmure de lumière express
Un faisceau laser aussi ténu qu'un murmure de lumière a fait passer un noyau de thorium-229 dans un état d'énergie supérieur. La plupart des noyaux exigent une décharge d'énergie, mais le thorium-229 possède un intervalle d'énergie si minuscule que même cette caresse douce suffit. Au lieu d'attendre que le noyau émette de la lumière, les scientifiques ont utilisé la spectroscopie d'absorption — mesurant la fraction du murmure absorbée, donnant un signal rapide et propre. Ils ont placé le thorium dans un cristal de fluorure de calcium, à un endroit si calme que le bourdonnement du cristal était presque inaudible.
Une horloge basée sur cela pourrait être si stable qu'elle perdrait moins d'une seconde sur l'âge de l'univers. Elle pourrait révéler si le modèle standard, le livre de règles des forces fondamentales, dérive un jour. Et la puissance du laser ? L'éclat bref d'une luciole la surpasse de loin.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.16640
A low-energy nuclear transition in the isotope thorium-229 has been excited in thorium-doped crystals with laser light. This opens the perspective towards a highly stable and robust solid-state optical nuclear clock. The required laser radiation at 148 nm wavelength has so far been produced using pulsed laser systems where only a small fraction of the incident photons has been resonant with the narrow nuclear transition. Here we show that the nuclear resonance can be excited with a continuous-wave narrow-bandwidth laser source with a power of less than 1 nW, and that the resonance signal can be detected in absorption rather than in fluorescence. This eliminates the slow nuclear fluorescence decay from the detection process and offers a considerable advantage for clock operation through fast signal acquisition. The VUV laser source is based on three sequential frequency doublings, starting from a diode laser at 1187 nm that is well suited for linewidth narrowing and for frequency comparisons with optical atomic clocks. We use absorption spectroscopy for the quantitative characterization of two different Th-centers in calcium fluoride crystal and measure the isomeric shift between them. One of the centers shows a very small static electric crystal field gradient 0.1 V/$$\r{A}^2$$, to be compared to gradients in the range of 100 V/$$\r{A}^2$$ observed earlier. This indicates a center with high symmetry of the ions surrounding the Th nucleus, promising nuclear resonance lines that are nearly independent of the lattice spacing.
Le thorium-229 est le seul noyau qui réagit à un murmure de lumière aussi faible : son énergie d'excitation n'est que de 8 électronvolts, contre des millions pour les autres noyaux. C'est la différence entre un soupir doux et un coup de tonnerre.