Des chercheurs de la Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) Munich ont, pour la première fois, mesuré la durée de vie d'un état excité dans le noyau d'un élément instable. Il s'agit d'une étape majeure vers une horloge nucléaire qui pourrait garder l'heure encore mieux que les meilleurs chronométreurs atomiques d'aujourd'hui.

Les horloges atomiques sont les chronomètres les plus précis dont nous disposons actuellement. Ces garde-temps reposent sur une connaissance précise de la fréquence de transitions spécifiques entre des niveaux d'énergie définis dans les couches électroniques de certains atomes. Des études théoriques suggèrent que les horloges nucléaires qui utilisent des changements analogues dans les états énergétiques des noyaux atomiques pourraient fournir des étalons de fréquence encore plus précis à des fins de chronométrage. Des équipes de recherche du monde entier explorent maintenant les moyens de transformer cette possibilité théorique en une réalité pratique.

Au début de l'été dernier, les physiciens Dr Peter Thirolf, Lars von der Wense et Benedict Seiferle de la Chaire de physique médicale de LMU, en collaboration avec des collègues de Mayence et Darmstadt, a réalisé une percée notable dans la quête pour développer une horloge nucléaire fonctionnelle. Dans un article publié dans la revue La nature , ils ont rapporté la première détection expérimentale d'une transition énergétique spécifique dans le noyau d'un isotope particulier de l'élément thorium (Th) qui avait été prédit il y a des décennies. Le noyau de cet isotope instable, qui a un poids atomique de 229, est le seul noyau connu pour avoir les propriétés requises pour le développement d'une horloge nucléaire pratique.

Avec le soutien financier du projet nuClock, financé par l'UE, Thirolf, von der Wense et Seiferle ont continué à caractériser la transition énergétique dans le noyau 229Th, et ont maintenant réussi à mesurer la durée de vie de l'état nucléaire excité. Leurs découvertes paraissent dans la revue Lettres d'examen physique .

"Cela représente la valeur directe déterminée expérimentalement pour la demi-vie de l'état excité de l'isotope ²²⁹ E, » précise Benedict Seiferle. L'équipe LMU envisage désormais de mesurer elle-même l'énergie de la transition. Avec ces données en main, il devrait être possible à l'avenir d'induire optiquement la transition de manière contrôlée à l'aide d'un laser de conception appropriée.