Thorium-229 : une pile atomique quantique express
Deux pendules suspendus à un fil commun échangent leur mouvement : poussez l'un, l'autre se met à osciller, et un instant plus tard, le premier reçoit une impulsion en retour. Dans l'atome de thorium-229, l'énergie circule de la même manière, presque sans perte, entre la couche électronique et le noyau.
Ce rythme est observable dans un piège à atomes : l'analyse de la lumière (spectroscopie) et la mesure de la luminosité (photométrie) révèlent les oscillations de la couche. Un laser la charge, et l'énergie plonge dans le noyau – on obtient ainsi une pile nucléaire sans fil, rechargée par la lumière. À la base, les lois du modèle standard, qui décrivent la matière. Niels Bohr a élucidé la structure en couches de l'atome, et Ernest Rutherford a découvert le noyau massif.
Les noyaux exigent généralement un rayonnement gamma intense. Mais le thorium-229 est unique : son noyau s'excite avec un simple ultraviolet, d'une énergie de seulement 8,4 électronvolts – c'est un niveau d'énergie électronique, pas nucléaire. Cette énergie est un million de fois plus faible que celle des réactions nucléaires typiques, ce qui rend la pile réalisable dès aujourd'hui.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2607.00607
The electron shell of the Thorium ion with the $$M$$1(8.4~eV) transition between levels and the doublet of the $$^{229}$$Th nucleus ground state with the similar transition represent two qubits spatially inserted one within the other. In the case of relative proximity of the energies of these transitions, weakly damped energy oscillations can be excited between qubits, namely, multiple coherent energy transfer from the electron shell to the nucleus and vice versa. This process in the $$^{229}$$Th ions does not require resonant (within the width of the levels) coincidence of the transition energies due to the relatively high interaction energy of the electron and nuclear currents. The electron shell ``breathes'', periodically decreasing and increasing in size. The effect can be observed in an ion trap by the intensity of light scattered by thorium-229 ions. This extends the energy range for the $$^{229m}$$Th$$(3/2^+,8.4$$~eV) isomer excitation via an electron bridge. Furthermore, the system under consideration is transformed into a nuclear quantum battery when exposed to coherent laser radiation. To ``charge'' the battery, i.e. to excite $$^{229m}$$Th, one can use developed methods for charging quantum batteries, in particular, coherent excitation of the electron shell followed by coherent transfer of excitation energy to the nucleus (the coherent electron bridge). This opens the way for the design of the $$^{229}$$Th nuclear quantum battery at the current level of technological development.
Le noyau de thorium-229 peut être « chargé » non pas par un rayon gamma, mais par une simple lumière ultraviolette : son énergie d'excitation n'est que de 8,4 électronvolts, comparable à un saut d'électron dans un atome, et non à une réaction nucléaire.