Des avancées récentes dans la technologie des horloges nucléaires promettent de redéfinir la mesure précise du temps et d'ouvrir de nouvelles voies dans la recherche scientifique. Une étude publiée dans Nature détaille une percée réalisée par une équipe dirigée par Chuankun Zhang et Eric Hudson, qui a réussi à créer des couches ultrafines de fluorure de thorium-229 (ThF) par dépôt physique en phase vapeur. Cette méthode innovante réduit considérablement la quantité de matériau nécessaire, ouvrant la voie à des conceptions portables.
Les horloges nucléaires, qui utilisent la transition nucléaire unique à basse énergie du thorium-229, offrent une stabilité améliorée par rapport aux horloges atomiques traditionnelles. Avec seulement environ 40 grammes de thorium-229 disponibles dans le monde, son utilisation a été historiquement limitée. Cependant, la nouvelle technique permet de créer des films minces de seulement 30 à 100 nanomètres d'épaisseur, suffisants pour observer la transition nucléaire tout en minimisant la consommation de matériau.
La capacité d'intégrer des horloges nucléaires dans des dispositifs portables et des systèmes photoniques représente une étape cruciale vers la commercialisation. Malgré les progrès, des défis demeurent, notamment la nécessité d'améliorer l'efficacité des noyaux de thorium-229 impliqués dans la transition et de miniaturiser les lasers ultraviolets nécessaires à l'excitation.
Pour répondre aux préoccupations de sécurité, la quantité de thorium-229 utilisée dans ces dispositifs est minime, réduisant considérablement les risques potentiels. La radiation émise est principalement de type alpha, qui ne peut pas pénétrer les matériaux solides ni la peau humaine, rendant les dispositifs bien conçus comparables en sécurité aux technologies existantes utilisant des matériaux radioactifs.
Au-delà de la mesure du temps, les horloges nucléaires ont le potentiel de faciliter des recherches révolutionnaires en physique. Le physicien théorique Victor Flambaum souligne leur importance dans l'exploration de nouveaux modèles physiques au-delà du modèle standard, en exploitant l'échelle d'énergie nucléaire qui est des millions de fois supérieure à celle des horloges atomiques.