Horloges nucléaires : le tic-tac du noyau pour traquer la matière noire express
Les horloges les plus précises actuelles mesurent le temps grâce aux oscillations des électrons dans les atomes. Mais leur marche peut être déréglée, comme un ressort de montre mécanique peut l'être par des secousses. Les physiciens ont trouvé un balancier plus fiable : le noyau atomique. Ils ont pris un noyau de thorium-229, l'ont placé dans un cristal et l'ont fait osciller en l'éclairant avec un laser à une fréquence très précise. Cette technique s'appelle la spectroscopie – en somme, trouver le bon rythme pour que le balancier se mette à « battre ». Et le noyau a répondu : il oscille 2000 billions de fois par seconde, soit un million de fois plus vite que le quartz d'un smartphone.
La précision est stupéfiante : sur une journée, l'erreur est d'un milliardième de milliardième de seconde. Une telle horloge ne dériverait que d'une seconde en 30 milliards d'années. Mais surtout, ce balancier est extrêmement sensible à tout « souffle » extérieur, par exemple aux particules de matière noire qui le traverseraient. Les scientifiques ont cherché leurs traces – des secousses périodiques ou une dérive progressive de la fréquence. Ils n'ont rien trouvé, mais c'est déjà un résultat : nous savons désormais à quel point la matière noire peut interagir faiblement avec les noyaux atomiques ordinaires.
À l'avenir, la précision de ces horloges à l'état solide sera multipliée par de nombreux facteurs. Elles permettront de vérifier si les constantes fondamentales du modèle standard sont vraiment constantes, et peut-être de constater que le temps s'écoule différemment à différentes altitudes, conformément à la théorie d'Einstein. En attendant, leur mission principale est de capter l'« ombre » de la matière noire.
La transition dans le noyau de thorium-229 est la seule dans tout l'Univers qui puisse être « attrapée » par un laser de la technologie actuelle. C'est pourquoi elle a été choisie pour les premières horloges nucléaires.