Due team indipendenti in Europa e Cina realizzano i primi orologi basati su nuclei atomici, superando i limiti degli orologi atomici tradizionali
I migliori cronometristi oggi — gli orologi atomici che scandiscono i secondi con transizioni elettroniche — potrebbero presto avere un rivale. Due team indipendenti di fisici, uno in Europa e uno in Cina, hanno annunciato la costruzione dei primi orologi nucleari della storia, dispositivi che misurano il tempo usando transizioni all’interno del nucleo atomico anziché degli elettroni che lo circondano.
I risultati, pubblicati simultaneamente su Nature, rappresentano un balzo in avanti nella misurazione del tempo e potrebbero aprire nuove frontiere nella ricerca sulla materia oscura e sulle forze fondamentali della natura.
Come funziona un orologio nucleare
Mentre gli orologi atomici tradizionali misurano le oscillazioni degli elettroni attorno al nucleo, gli orologi nucleari sfruttano le transizioni energetiche all’interno del nucleo stesso. Per realizzarli, i ricercatori hanno utilizzato cristalli di fluoruro di calcio (CaF₂) drogati con atomi di torio-229, un isotopo radioattivo che possiede una transizione nucleare a energia eccezionalmente bassa — l’unica conosciuta che può essere eccitata con laser commerciali.
Il team europeo, guidato da Thorsten Schumm della TU Wien, ha utilizzato un cristallo di CaF₂ drogato con torio-229, eccitando la transizione nucleare con un laser VUV (ultravioletto nel vuoto) a 148 nanometri. Il team cinese ha invece sviluppato un approccio complementare basato su risonatori ottici di alta precisione.
Implicazioni per la fisica
Gli orologi nucleari promettono una precisione superiore agli orologi atomici perché le transizioni nucleari sono molto meno sensibili ai campi elettromagnetici esterni — la principale fonte di errore negli orologi atomici. Questo li rende strumenti ideali per testare teorie fondamentali, cercare variazioni nelle costanti della natura e rilevare la materia oscura.
La materia oscura interagirebbe diversamente con i nuclei rispetto agli elettroni, quindi un confronto tra orologi atomici e nucleari potrebbe rivelare la presenza di particelle di materia oscura che altrimenti sarebbero invisibili. Un’era di misurazione del tempo basata sui nuclei è appena iniziata. Le applicazioni spaziano dalla navigazione di precisione allo studio delle leggi fondamentali dell’universo.
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