La Chine est la première à faire fonctionner une horloge nucléaire optique au thorium-229, la mesure quantique de précision entre dans l'échelle du noyau atomique

Récemment, l'équipe de Ding Shiqian, professeur associé au département de physique de l'Université Tsinghua, a publié en ligne d'importants résultats dans la revue académique internationale Nature, annonçant la mise au point réussie d'une horloge nucléaire optique au thorium-229 et la réalisation de son fonctionnement stable. Ces travaux, menés indépendamment en parallèle avec une équipe européenne, ont permis à la Chine d'être la première au monde à faire fonctionner une horloge nucléaire optique au thorium-229, marquant le passage réussi de la référence de mesure du temps de la transition électronique à la transition du noyau atomique.

Selon les informations disponibles, l'horloge nucléaire optique utilise la transition interne du noyau atomique de thorium-229 comme référence de fréquence temporelle. Ding Shiqian, l'un des auteurs correspondants de l'article, a expliqué que le pendule d'une horloge murale classique oscille environ une fois par seconde, tandis que l'horloge nucléaire optique utilise le rythme du noyau atomique comme “pendule”, avec un rythme atteignant environ 2 000 billions de battements par seconde. Comme la taille du noyau atomique ne représente qu'une fraction de plusieurs dizaines de milliers de celle du nuage électronique qui l'entoure, il est moins perturbé par l'environnement électromagnétique extérieur et pourrait, en principe, fournir une référence de fréquence temporelle d'une précision supérieure à celle des horloges atomiques optiques traditionnelles.

Dans le cadre de ces travaux de recherche et développement, les co-premiers auteurs de l'article comprennent plusieurs doctorants de la génération “post-2000”, et l'équipe a collaboré en répartissant les tâches pour surmonter de nombreux verrous technologiques clés. L'équipe de l'Université Tsinghua a établi un système technique complet, réalisant non seulement le saut clé de la mesure de la transition nucléaire à la mesure du temps par transition nucléaire, mais aussi en faisant progresser les dispositifs de chronométrage de très haute précision d'un outil de laboratoire de petite taille vers une application industrielle pratique.

Il est à noter que l'horloge nucléaire optique devrait devenir la nouvelle génération de référence de fréquence temporelle après les horloges atomiques à micro-ondes et les horloges atomiques optiques. L'horloge nucléaire optique à l'état solide présente des avantages potentiels de miniaturisation et d'industrialisation, et devrait à l'avenir fournir des choix technologiques pratiques pour les besoins de haute précision en fréquence temporelle dans des scénarios tels que la navigation par satellite et l'exploration de l'espace lointain. Par ailleurs, ces résultats peuvent également servir de plateforme de détection de précision pour vérifier les lois fondamentales de la physique, démontrant que la Chine a atteint une position de leader international dans la direction de pointe de l'horloge nucléaire optique, ouvrant de nouvelles orientations de recherche pour la mesure quantique de précision et le contrôle quantique.