Orologio atomico, come funziona quello più preciso al mondo e quali sono le sue possibili applicazioni

Un gruppo di ricercatori del Joint Institute for Laboratory Astrophysics (Jila), un’istituzione congiunta del National Institute of Standards and Technology (Nist) e della University of Colorado Boulder (Stati Uniti), ha sviluppato l’orologio atomico più preciso e più accurato (due proprietà distinte nel mondo della scienza) di qualsiasi altro orologio costruito in precedenza. Fa parte di una nuova generazione di orologi atomici che funzionano in modo leggermente diverso rispetto a quelli sviluppati fino ad oggi, consentendo una precisione tale per cui la comunità scientifica sta valutando la possibilità di utilizzarli per ridefinire il secondo, l’unità di misura internazionale del tempo. I risultati sono descritti in uno studio attualmente disponibile su arXiv, in attesa di essere pubblicato su Physical Review Letters.

Come funziona

Ma come funziona questo gioiello della fisica? Il nuovo orologio sfrutta una rete di luce nota come “reticolo ottico” per intrappolare e misurare decine di migliaia di singoli atomi contemporaneamente. “Questo orologio è così preciso che può rilevare i piccoli effetti previsti da teorie come la relatività generale, anche su scala microscopica – racconta Jun Ye, fisico del Nist e del Jila -. Sta spostando i limiti di ciò che è possibile fare con la misurazione del tempo”.

Rispetto ai precedenti orologi ottici a reticolo, il nuovo orologio atomico utilizza una “rete” di luce laser meno profonda e più delicata per intrappolare gli atomi, spiegano gli autori dello studio. Questo riduce in modo significativo le due principali fonti di errore: gli effetti della luce laser che intrappola gli atomi e gli urti reciproci degli atomi stessi, dovuti al fatto di trovarsi troppo ravvicinati gli uni con gli altri.

Le possibili applicazioni

In termini di applicazioni, il fatto che il nuovo orologio atomico sia in grado di rilevare gli effetti della relatività generale su scala microscopica potrebbe aiutarci a colmare il divario attualmente esistente fra il mondo della fisica quantistica e quello dei fenomeni su larga scala descritti appunto dalla teoria della relatività generale di Einstein.

Inoltre, le prestazioni di questo strumento potrebbero tornarci utili per progetti di esplorazione dello Spazio: “Se vogliamo far atterrare una navicella spaziale su Marte con una precisione millimetrica, avremo bisogno di orologi di ordini di grandezza più precisi rispetto a quelli che abbiamo oggi nel Gps – prosegue Ye -. Questo nuovo orologio è un passo importante per renderlo possibile”.

Non solo, gli stessi metodi utilizzati per intrappolare e controllare gli atomi potrebbero produrre notevoli progressi anche nell’informatica quantistica. “Stiamo esplorando le frontiere della scienza della misurazione – conclude Ye -. Quando si possono misurare le cose con questo livello di precisione, si iniziano a osservare fenomeni che finora abbiamo solo potuto teorizzare”.