Gli orologi nucleari rivoluzioneranno la misurazione del tempo

di Alessia Mircoli
5 Min.

La misurazione del tempo ha sempre rappresentato una sfida cruciale per la scienza. Gli orologi nucleari (o atomici), che attualmente costituiscono lo standard di precisione, possono perdere un secondo ogni 300 milioni di anni. Tuttavia, per la fisica moderna, anche questo piccolo margine di errore è considerato inadeguato. Gli orologi nucleari emergono quindi come la prossima frontiera, promettendo un livello di accuratezza ancora maggiore. Ma cosa distingue un orologio nucleare da uno atomico?

Come funzionano gli orologi atomici

Gli orologi atomici si basano sulle transizioni di energia degli elettroni negli atomi. Gli elettroni si muovono tra livelli di energia specifici e, quando fanno un salto da un livello all’altro, assorbono o emettono luce a una frequenza ben precisa e identica per tutti gli atomi di un particolare elemento. Questa frequenza viene utilizzata per mantenere il tempo con un’accuratezza straordinaria. Gli scienziati utilizzano un laser per eccitare gli elettroni e farli saltare a un livello energetico superiore, e la frequenza necessaria per questo salto diventa il “metronomo” che regola l’orologio.

Introduzione agli orologi nucleari

Grafico al neon di vettore bianco di biotecnologia di scienza dell'atomo. Orologi atomici.

Gli orologi nucleari, invece, sfruttano le transizioni dei nuclei atomici anziché far fare il salto di energia agli elettroni. I nuclei, però, sono molto più stabili e richiedono energie elevate per le loro transizioni. Tuttavia, il torio-229, un isotopo del torio, rappresenta un’eccezione. Questo isotopo può essere eccitato con una quantità di energia accessibile ai laser, rendendo possibile la costruzione di orologi nucleari.

Recenti progresso nella ricerca

Fino a poco tempo fa, uno degli ostacoli principali alla realizzazione degli orologi nucleari era l’incertezza sull’energia necessaria per la transizione del torio-229. Nel 2023, i ricercatori hanno finalmente misurato questa energia con precisione: 8,35574 eV. Questo numero è non solo in linea con la misurazione del 2023, ma è circa 800 volte più preciso.

Nell’esperimento che ha permesso la misurazione, i nuclei di torio-229 sono stati incorporati in un cristallo di fluoruro di calcio. Utilizzando un laser, i ricercatori sono riusciti a indurre la transizione energetica nei nuclei e a osservare la luce emessa durante il ritorno allo stato di energia inferiore, confermando la fattibilità degli orologi nucleari.

Che vantaggi offrono gli orologi nucleari?

Gli orologi nucleari potrebbero essere potenzialmente più semplici e portatili rispetto agli orologi atomici che prevedono la creazione del vuoto. Questa maggiore portabilità, unita a una precisione superiore, potrebbe portare a nuovi sistemi di localizzazione estremamente accurati e a innovativi studi di fisica fondamentale.

Oltre a offrire una precisione senza precedenti, gli orologi nucleari aprono nuove possibilità di ricerca. Confrontando gli orologi atomici e nucleari, gli scienziati potrebbero studiare eventuali variazioni nelle costanti fondamentali della natura, esplorare nuove frontiere della fisica e indagare sulla materia oscura, quell’insieme di particelle che sembrano pervadere l’universo ma che non si riescono a vedere.

Ci vorrà del tempo…

Uomo D'Affari, Guarda, Volta

Nonostante il loro enorme potenziale, ci vorranno anni – se non decenni – per sviluppare orologi nucleari pratici e affidabili quanto gli orologi atomici attuali. Tuttavia, grazie ai recenti progressi, siamo più vicini che mai a questa nuova era nella misurazione del tempo. Gli orologi nucleari rappresentano una frontiera affascinante che potrebbe rivoluzionare non solo la cronologia, ma anche la nostra comprensione dell’universo.


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