Le côté obscur du t
The dark side of time: Scientists develop nuclear clock method to detect dark matter using thorium-229
edited by Gaby Clark, reviewed by Andrew Zininemps : Des scientifiques développent une méthode d'horloge nucléaire pour détecter la matière noire grâce au thorium 229
Par l'Institut Weizmann des Sciences
Édité par Gaby Clark, relu par Andrew Zinin
Notes de la rédaction
Un cristal de fluorite contenant des atomes de l'élément radioactif thorium 229. Il était utilisé pour mesurer avec précision le spectre d'absorption des noyaux atomiques à l'Institut national de métrologie d'Allemagne (PTB). Auparavant, les chercheurs devaient piéger un petit nombre de noyaux atomiques lors de chaque expérience et les tester avec une fréquence de rayonnement à la fois, ce qui rendait les mesures précises extrêmement chronophages. Dans l'expérience PTB, les chercheurs ont utilisé un cristal contenant environ un quadrillion (mille trillions) d'atomes, ce qui a permis d'effectuer de nombreuses mesures simultanément grâce à des faisceaux laser de haute précision. Crédit : PTB
Depuis près d'un siècle, les scientifiques du monde entier recherchent la matière noire, une substance invisible qui représenterait environ 80 % de la masse de l'univers et qui permettrait d'expliquer divers phénomènes physiques. De nombreuses méthodes ont été utilisées pour détecter la matière noire, de sa production dans des accélérateurs de particules à la recherche de rayonnement cosmique qu'elle pourrait émettre dans l'espace.
Pourtant, encore aujourd'hui, on sait très peu de choses sur ses propriétés fondamentales. Bien qu'elle opère en arrière-plan, la matière noire est supposée influencer la matière visible, mais de manière si subtile qu'elle ne peut actuellement être mesurée directement.!!
Les scientifiques pensent que si une horloge nucléaire était développée – une horloge utilisant le noyau atomique pour mesurer le temps avec une précision extrême – même les plus infimes irrégularités de son tic-tac pourraient révéler l'influence de la matière noire. L'année dernière, des physiciens allemands et du Colorado ont réalisé une avancée majeure dans la construction d'une telle horloge, en utilisant l'élément radioactif thorium-229.
Lorsque les chercheurs du groupe de physique théorique du professeur Gilad Perez à l'Institut Weizmann des Sciences ont eu connaissance de cette découverte, ils ont vu une nouvelle opportunité de faire progresser la recherche sur la matière noire, avant même qu'une horloge nucléaire pleinement fonctionnelle ne devienne réalité. En collaboration avec l'équipe allemande, ils ont récemment publié une étude dans Physical Review X proposant une nouvelle méthode pour détecter l'influence de la matière noire sur les propriétés du noyau de thorium 229.
Tout comme pousser un enfant sur une balançoire nécessite un timing précis pour maintenir un mouvement fluide et régulier, un noyau atomique possède également une fréquence d'oscillation optimale, appelée en physique fréquence de résonance. Un rayonnement à cette fréquence précise peut faire osciller le noyau comme un pendule entre deux états quantiques : un état fondamental et un état de haute énergie. Dans la plupart des matériaux, cette fréquence de résonance est élevée, ce qui nécessite un rayonnement intense pour exciter le noyau.
Mais en 1976, des scientifiques ont découvert que le thorium 229, un sous-produit du programme nucléaire américain, constituait une rare exception. Sa fréquence de résonance naturelle est suffisamment basse pour être manipulée par la technologie laser standard utilisant un rayonnement ultraviolet relativement faible. Cela faisait du thorium 229 un candidat prometteur pour le développement d'une horloge nucléaire, dans laquelle le temps est mesuré par le « balancement » du noyau entre les états quantiques, à la manière du pendule d'une horloge traditionnelle.
Cependant, les progrès sur l'horloge nucléaire ont stagné dès la première étape, lorsque les scientifiques ont tenté de mesurer la fréquence de résonance du thorium 229 avec la plus grande précision. Pour déterminer la fréquence de résonance d'un noyau, les physiciens dirigent un laser sur celui-ci à différentes fréquences et observent la quantité d'énergie qu'il absorbe ou émet lors de ses transitions entre les états quantiques. À partir de ces résultats, ils construisent un spectre d'absorption, et la fréquence à l'origine du pic d'absorption est considérée comme la fréquence de résonance du noyau.
Pendant près de cinq décennies, les scientifiques ont été incapables de mesurer la fréquence de résonance du thorium 229 avec suffisamment de précision pour construire une horloge nucléaire. L'année dernière a toutefois été marquée par deux avancées majeures. Tout d'abord, un groupe de l'Institut national de métrologie d'Allemagne (PTB) a publié des mesures relativement précises. Quelques mois plus tard, une équipe de l'Université du Colorado a publié des résultats plusieurs millions de fois plus précis.
Courriel
« Nous avons encore besoin d'une précision accrue pour développer une horloge nucléaire », déclare Perez, « mais nous avons déjà identifié une opportunité d'étudier la matière noire. »
Crédit : J. Terhune/UCLA
« Dans un univers composé uniquement de matière visible, les conditions physiques et le spectre d'absorption de tout matériau resteraient constants. Mais comme la matière noire nous entoure, sa nature ondulatoire peut modifier subtilement la masse des noyaux atomiques et provoquer des décalages temporaires dans leur spectre d'absorption. Nous avons émis l'hypothèse que la capacité à détecter avec une grande précision d'infimes variations du spectre d'absorption du thorium-229 pourrait révéler l'influence de la matière noire et nous aider à étudier ses propriétés.
Les calculs théoriques réalisés par l'équipe, dirigée par le Dr Wolfram Ratzinger, du groupe de Perez, et d'autres chercheurs postdoctoraux, ont montré que les nouvelles mesures pouvaient détecter l'influence de la matière noire même si elle était 100 millions de fois plus faible que la gravité, une force elle-même faible et rarement évoquée dans la vie quotidienne.
« C'est une région où personne n'a encore recherché la matière noire », explique Ratzinger. « Nos calculs montrent qu'il ne suffit pas de rechercher des décalages dans la fréquence de résonance. Nous devons identifier les changements sur l'ensemble du spectre d'absorption pour détecter l'effet de la matière noire. » Bien que nous n'ayons pas encore détecté ces changements, nous avons posé les bases pour les comprendre lorsqu'ils apparaissent. Une fois une déviation détectée, nous pourrons utiliser son intensité et la fréquence à laquelle elle apparaît pour calculer la masse de la particule de matière noire responsable.
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RESUME
Le côté obscur du temps : Des scientifiques développent une méthode d'horloge nucléaire pour détecter la matière noire grâce au thorium 229
Depuis près d'un siècle, les scientifiques du monde entier recherchent la matière noire, une substance invisible qui représenterait environ 80 % de la masse de l'univers et qui permettrait d'expliquer divers phénomènes physiques. De nombreuses méthodes ont été utilisées pour tenter de détecter la matière noire, de sa production dans des accélérateurs de particules à la recherche de rayonnement cosmique qu'elle pourrait émettre dans l'espace.
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COMMENTAIRES
Le sujet de l article est passionnant !
Bravo pourb Weizmann Institute of Science
edited by Gaby Clark, reviewed by Andrew Zinin!!
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L idée de relier ou correler une particule de la matiere noire a du temps ou à
de la duree par une horloge atomique ultra sensible
parait a prori excentrique voire folle ! Je vais essayer d en montrer le cheminement
1/Comment relier le temps a l energie ou à la masse ???
Comment la masse influence le temps ?
Réponse :
Une masse est relative ....
Cette augmentation de la masse est la raison pour laquelle la vitesse d'un objet est toujours inférieure à celle de la lumière. En effet, plus un corps va vite, plus il est massif et plus l'énergie nécessaire pour l'accélérer est grande.1
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2/Quelle est la relation entre l'énergie et la masse en relativité restreinte ?
En relativité restreinte, l'égalité E = mc2 est connue comme la relation d'Einstein. Elle relie une masse m et une énergie E. L'énergie E est l'énergie de masse mc2. La masse m est la masse inerte mi qui apparaît dans la relation fondamentale de la dynamique et caractérise l'inertie d'un corps.
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3/
Comment relier le temps ou la durée d un phenomène a sa variation d energie ???
Ou peut etre faut il d abord
essayer de savoir
quelle est la relation entre le temps et la gravité ?
Réponse :
La relation entre le temps et la gravité est complexe.
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Quelle est la théorie de la gravité ?
La loi universelle de la gravitation ou loi de l'attraction universelle, découverte par Isaac Newton, est la loi décrivant la gravitation postule un espace de temps absolu rigide
elle a des limites relativistes et des limites quanntiques
et je pense que ce sont ces dernieres que l article doit savoir resoudre pour essayer d approximer la masse dd une particule de mariere noire ?????
4/En réalité l objectif de l article est bien plus modeste ;il s agit de trouver un mode de detection de la presence de matiere noire et pour l instant c e n 'est qu'un espoir !!!!!
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More information: Elina Fuchs et al, Searching for Dark Matter with the Th229 Nuclear Lineshape from Laser Spectroscopy, Physical Review X (2025). DOI: 10.1103/PhysRevX.15.021055
Journal information: Physical Review X
Provided by Weizmann Institute of Science
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