Cette horloge atomique fonctionnera avec du thorium 229 et permettra de perfectionner les systèmes de navigation tels que le GPS américain ou le GLONASS russe. Cette horloge a également de l'importance pour la science fondamentale puisqu'elle permettra par exemple de vérifier la théorie de relativité générale. De plus, une horloge atomique offre l'opportunité de développer un tout nouveau secteur dans le domaine de la gravimétrie car elle permettrait de créer un gravimètre pour rechercher des gisements de minéraux comme les métaux des terres rares, le pétrole, le gaz, ainsi que pour détecter des sous-marins et d'autres objets.
"En apprenant à mesurer le temps avec une telle exactitude nous pourrons également mesurer les changements locaux du champ gravitationnel de la Terre, nous permettant d'avancer dans la recherche de gisements. Le champ gravitationnel dépend de la densité et par conséquent, si celle-ci change on pourra en déduire qu'à cet endroit se trouve peut-être un minerai lourd, ce qui se reflétera sur le champ gravitationnel", explique Piotr Borissiouk, chercheur à l'Université nationale de recherche nucléaire MIFI.
Le principe de fonctionnement de l'horloge sur laquelle travaillent les chercheurs de l'Université nationale de recherche nucléaire MIFI et de l'Institut Russe de recherches dans le domaine des mesures physiques, techniques et radiotechniques (VNIIFTRI) est basé sur le décompte des périodes de temps grâce aux changements réguliers des ions du noyau de l'isotope radioactif de thorium 229. Les horloges atomiques répandues aujourd'hui fixent la transition d'électrons tournant autour de l'atome d'un niveau énergétique à un autre, c'est-à-dire la fréquence de changement de leur orbite. L'avantage de l'horloge nucléaire est que le noyau, se trouvant à l'intérieur de l'atome, est protégé par un "manteau électrique", c'est-à-dire par des électrons en rotation autour de lui et, par conséquent, moins soumis à l'effet des facteurs extérieurs. Cela rend l'horloge atomique plus fiable.
"Quatre étapes sont nécessaires à la création d'une horloge atomique: obtenir des ions, les capturer et les retenir, les refroidir et, enfin, enregistrer leur transition horaire. La compagnie Rosatom a financé deux étapes de notre travail et nous a fourni les matériaux nécessaires, notamment le thorium 229 qui ne peut être fabriqué que sur un réacteur nucléaire. Autrement dit, nous savons obtenir des ions et nous disposons d'un piège pour les capturer et les retenir. À l'heure actuelle, nous avons besoin de lasers pour créer un système de refroidissement et nous sommes à la recherche du financement nécessaire", explique Piotr Borissiouk.
Hormis les chercheurs russes, les spécialistes allemands et américains sont également proches de la création d'une horloge atomique. "Du point de vue de l'infrastructure pour la création d'une horloge nucléaire, la Russie est légèrement en retard. Mais nous avons une sérieuse avance dans la compréhension des problèmes, des approches pour les résoudre et des fondements de la physique. Notre équipe travaille avec le théoricien Evgueni Tkalia de l'Institut de physique nucléaire. Il est à l'origine de l'idée d'utiliser le noyau de thorium 229 pour créer l'horloge. De plus, il a prouvé la possibilité de créer un laser sur cette même transition nucléaire dans le thorium 229, c'est-à-dire de facto un laser gamma de diapason optique. Le succès de la création d'une nouvelle norme métrologique sous la forme d'une horloge atomique et d'un laser pour la transition nucléaire d'énergie optique aurait un impact significatif sur le niveau du développement technologique de l'humanité. De plus, nous avons plusieurs autres idées magnifiques que nous avons l'intention de mettre en œuvre en élaborant ces appareils. Et dès que nous disposerons des équipements nécessaires nous pourrons remplir notre tâche très rapidement. Les Américains ne chôment pas non plus, ils ont certainement des idées aussi. Mais je pense que nous avons un certain avantage".
La publication des chercheurs de l'Université nationale de recherche nucléaire MIFI intitulée "Le piège à ions linéaire et à sections multiples et la nouvelle méthode de chargement pour la spectroscopie optique des transitions nucléaires et électroniques" («Multisectional linear ion trap and novel loading method for optical spectroscopy of electron and nuclear transitions») consacrée à ce sujet a été élue "article du mois" du magazine European Journal of Mass Spectrometry.
