Des chercheurs de plusieurs pays ont réussi à mettre au point la première « horloge nucléaire » autonome à base de thorium-229 : dotée d'une très grande résistance aux interférences et d'un mécanisme de fonctionnement stable en boucle fermée entièrement autonome

Récemment, le service de presse de l'Université technique de Vienne (TU Wien) a publié un communiqué indiquant qu'une équipe de scientifiques autrichiens, allemands et tchèques a réussi à mettre au point la première horloge nucléaire au monde fondée sur le noyau atomique de thorium-229 (Thorium-229, symbole chimique ²²⁹Th). Cette horloge nucléaire possède une très grande résistance aux interférences et peut fonctionner en mode entièrement autonome, sans stabilisation externe.

L'équipe de recherche indique que, contrairement aux horloges atomiques traditionnelles qui utilisent l'atome entier, la mesure du temps à l'aide du noyau atomique permet théoriquement d'atteindre une précision de mesure plus élevée. Il y a deux ans, ils ont réussi pour la première fois à contrôler le processus de transition du noyau de thorium-229, mais pour parvenir à une mesure du temps d'une précision extrêmement élevée, il restait encore à résoudre le problème de l'autostabilisation de l'horloge nucléaire. Thorsten Schumm, professeur à l'Université technique de Vienne, souligne que les chercheurs s'efforcent de surmonter cette difficulté technique.

Il est entendu que, dès il y a un demi-siècle, les physiciens avaient découvert cet isotope instable qu'est le thorium-229, lequel existe sous deux formes, dont l'une possède une énergie d'excitation extrêmement faible. Cette caractéristique rend à la fois l'observation de son processus de désintégration extrêmement difficile et en fait une base idéale pour construire une horloge nucléaire à très haute précision et hautement résistante aux interférences électromagnétiques.

Il y a deux ans, des physiciens autrichiens et allemands ont mis au point une nouvelle méthode consistant à mesurer le temps en observant l'interaction entre un faisceau laser et un cristal de thorium spécialement préparé. Toutefois, la première version de cette technologie ne pouvait pas fonctionner de manière entièrement autonome, principalement en raison de l'encombrement du laser et de son mode de fonctionnement pulsé, ce qui obligeait l'équipement à dépendre d'un système de stabilisation externe.

Récemment, des physiciens allemands ont réussi à mettre au point un laser solide compact capable de produire en continu un rayonnement hautement stable. Cette avancée décisive a permis aux scientifiques de faire passer l'horloge nucléaire à un nouveau mode de fonctionnement : au lieu de suivre les impulsions lumineuses produites par les atomes de thorium-229, elle surveille les variations de l'intensité du rayonnement laser après son interaction avec les noyaux de cet élément.

Les résultats des expériences préliminaires montrent que le taux d'erreur de cette horloge nucléaire est d'environ 10 puissance moins 15, ce qui équivaut à une erreur d'une seconde sur environ 30 millions d'années. Bien que cette précision soit actuellement légèrement inférieure à celle des meilleures horloges atomiques optiques, les scientifiques sont convaincus que, grâce à de nouvelles améliorations et optimisations, ils pourront augmenter de manière significative la précision de mesure du temps de l'horloge nucléaire et l'appliquer à des domaines tels que la détection de la matière noire.