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Un noyau atomique de thorium pourrait être la clé d'une horloge nucléaire plus précise

Sep 15, 2023Sep 15, 2023

Titre : Un noyau atomique de thorium pourrait être la clé d'une horloge nucléaire plus précise

Des chercheurs ont découvert qu'un isotope spécifique du thorium a le potentiel d'être à la base de la première horloge nucléaire, selon un rapport publié dans le numéro du 25 mai de Nature. Le noyau de thorium pourrait fournir une nouvelle méthode pour garder le temps, dépassant la précision des horloges atomiques existantes. Les nouvelles recherches menées par Sandro Kraemer de la KU Leuven en Belgique et son équipe ont mesuré avec précision l'énergie libérée lors de la désintégration du noyau de thorium, lançant la possibilité de construire une montre nucléaire.

Les horloges atomiques actuelles sont basées sur les oscillations de la lumière initiées par les électrons entourant un atome. Les horloges atomiques sont déjà très précises et sont utilisées dans les satellites GPS et les expériences testant les lois fondamentales de la physique. Une horloge nucléaire, cependant, serait basée sur les sauts d'énergie effectués par le noyau d'un atome, ce qui, selon certains scientifiques, pourrait être encore plus précis que les horloges atomiques.

La plupart des noyaux atomiques ont des niveaux d'énergie trop éloignés les uns des autres pour que les scientifiques déclenchent le saut avec un laser, une nécessité pour construire une horloge. Cependant, le thorium-229, un isotope de l'élément, a des niveaux d'énergie inhabituellement proches les uns des autres. Les chercheurs n'avaient pas été en mesure d'initier le saut d'énergie avec un laser, car l'écart d'énergie entre les niveaux n'était pas connu avec précision.

Kraemer et ses collègues ont mesuré l'énergie libérée lorsque les noyaux de thorium-229 se sont désintégrés, sautant d'énergie à partir de son état d'énergie plus élevé. Les scientifiques devaient amener le thorium-229 dans cet état de haute énergie, un isomère. L'équipe a utilisé un faisceau radioactif à l'installation ISOLDE du CERN, incorporant de l'actinium-229 dans des cristaux de fluorure de calcium et de fluorure de magnésium. L'actinium-229 s'est désintégré, produisant l'isomère thorium-229. L'intégration du thorium-229 dans les cristaux a supprimé la désintégration difficile à mesurer, rendant la désintégration à photon unique plus évidente.

Selon le physicien quantique Simon Stellmer de l'Université de Bonn, cette nouvelle recherche constitue une étape importante dans la création de la première horloge nucléaire. Les physiciens travaillent maintenant à utiliser un laser pour franchir la prochaine étape dans cette direction.

Une horloge nucléaire pourrait offrir de nouvelles perspectives sur les phénomènes physiques, révélant de subtiles variations dans les constantes fondamentales de la nature. De plus, une horloge nucléaire pourrait être plus stable et effectuer des mesures plus rapidement que les horloges atomiques. Selon Kraemer, contrairement aux horloges atomiques, qui nécessitent que les atomes soient suspendus à l'intérieur d'une chambre à vide, les horloges nucléaires pourraient être fabriquées avec des noyaux à l'intérieur d'un matériau solide.