L’orologio che sbaglia ogni cinque miliardi di anni

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Un nuovo orologio atomico basato su reticoli di atomi di stronzio potrebbe accumulare un ritardo di un secondo ogni cinque miliardi di anni, vale a dire più dell’età  della Terra. Questo orologio da record è stato sviluppato da ricercatori statunitensi e migliora del 50 per cento il primato di accuratezza finora raggiunto da un dispositivo dello stesso tipo. Il risultato potrebbe avere ricadute significative in diversi campi della ricerca di base e delle applicazioni tecnologiche

Wrist watch overlooking dramatic sky

Può sbagliare nella misura del tempo di qualche parte su un miliardo di miliardi un nuovo orologio atomico realizzato da Bj Bloom e colleghi del Laboratorio JILA, frutto della collaborazione tra l’Università del Colorado a Boulder e il National Institute of Standards and Technology degli Stati Uniti. Questo significa che impiegherebbe circa cinque miliardi di anni per accumulare un ritardo o un anticipo di un secondo, vale a dire più dell’età della Terra, stimata in 4,5 miliardi di anni. Il risultato, descritto su “Nature”, servirà a migliorare un gran numero di applicazioni tecnologiche che dipendono in modo cruciale dall’accuratezza di misurazione del tempo e per rendere più precise queste misurazioni negli studi che approfondiscono la nostra conoscenza dell’universo.

La misurazione del tempo si basa essenzialmente su un fenomeno naturale periodico che costituisce la “base del tempo”. L’orologio a pendolo sfrutta il periodo di oscillazione di un pendolo, l’orologio meccanico il periodo di un oscillatore caricato a molla e l’orologio al quarzo il periodo di oscillazione di un cristallo di quarzo opportunamente tagliato. La forma più estrema della corsa a strumenti sempre più precisi sono gli orologi atomici, che si basano sulla frequenza di risonanza di uno o più atomi.

Secondo le leggi della meccanica quantistica, la transizione di un elettrone da un livello energetico più alto a uno più basso è accompagnata da un’emissione di radiazione elettromagnetica di frequenza caratteristica; viceversa, un elettrone passa a un livello energetico più elevato quando assorbe una radiazione di frequenza pari a quella caratteristica (risonanza).

A partire dalla prima metà del Novecento, la possibilità di determinare con grande precisione la frequenza emessa da un determinato atomo ha reso disponibile una base del tempo estremamente precisa, aprendeo la strada alla realizzazione degli orologi atomici. In questo settore negli ultimi decenni si è assistito uno sviluppo rapidissimo, e di recente i dispositivi basati su singoli atomi – come gli orologi atomici a base di cesio o maser a idrogeno – hanno raggiunto la più bassa incertezza di qualunque altro standard di frequenza,

Rispetto ai dispositivi ad atomi singoli, gli orologi atomici che si basano su un reticolo di atomi identici hanno il vantaggio di misurare la frequenza di risonanza facendo la media dei valori ottenuti sui diversi atomi, migliorando due caratteristiche fondamentali dello strumento: la precisione, cioè la massima differenza tra un qualunque “battito” del tempo e il suo valore medio, e la stabilità, cioè la capacità di mantenere la costanza del battito nel tempo. In termini di stabilità, i risultati migliori sono stati ottenuti in anni recenti uszando atomi di itterbio o di stronzio

n quest’ultimo studio, Bloom e colleghi hanno usato un sistema con più atomi di stronzio raggiungendo un’accuratezza di una parte per miliardo di miliardo, che non solo è migliore rispetto al limite finora raggiunto con un dispositivo a ione singolo, ma è anche del 50 per cento più precisa rispetto agli orologi atomici dello stesso tipo.

La disponibilità di orologi atomici più precisi e più stabili potrà avere una notevole influenza in diversi campi di ricerca, anzitutto nella definizione più accurata di altre unità di misura, per la verifica precisa delle costanti fondamentali della natura e della loro costanza nel tempo, oltre che per applicazioni più pratiche come la geodesia o i sistemi di navigazione satellitare.

“Stiamo già progettando di migliorare ulteriormente le prestazioni del nostro orologio atomico: possiamo aspettarci nuovi progressi già nei prossimi 5-10 anni”, spiega Jun Ye, che ha guidato il gruppo di ricerca.

http://www.lescienze.it/

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