I primi orologi nucleari hanno iniziato a ticchettare

I primi orologi nucleari hanno iniziato a ticchettare, descritti in due studi indipendenti pubblicati sulla rivista Nature: sono i prototipi di una nuova generazione di orologi atomici che ha il potenziale per superare le prestazioni di questi ultimi, poiché non si basa sull'intero atomo ma soltanto sul suo nucleo , che è oltre 10mila volte più piccolo. Una misurazione del tempo così precisa potrebbe aiutare a rispondere a domande di fisica fondamentale ancora aperte. Il risultato si deve a due gruppi di ricerca coordinati da Thorsten Schumm del Centro di Vienna per la scienza e la tecnologia quantistica (Vcq) e da Shiqian Ding della cinese Tsinghua University.

"Questi orologi si basano su una fisica diversa e, quindi, permettono di investigare fenomeni atomici che al momento non possono essere studiati: è questa la loro vera importanza", dice all'ANSA Filippo Levi, responsabile della divisione Metrologia quantistica e nanotecnologie dell'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica: "ad esempio, potrebbero permettere di capire se le costanti fondamentali sono realmente costanti, o se invece variano nel tempo".

La questione del livello di accuratezza che tali strumenti possono raggiungere è, dunque, secondaria. "Gli orologi nucleari possono sicuramente arrivare alla precisione degli orologi atomici ottici - afferma Levi - ma forse non riusciranno a superarla, perché potrebbero esserci dei limiti fondamentali insuperabili come per gli orologi attuali".

Gli orologi atomici misurano il tempo monitorando le transizioni degli elettroni mentre passano da uno stato energetico all'altro quando sono colpiti da un laser. Una ventina di anni fa venne proposta l'idea di passare alle transizioni dei nuclei atomici, tuttavia far passare il nucleo di un atomo da uno stato energetico a un altro non è facile come con gli elettroni.

Fa eccezione un isotopo del metallo torio, il torio-229 : questo elemento possiede due stati energetici bassi ed estremamente vicini, e quindi un laser è sufficiente per farlo passare dall'uno all'altro. Ci è voluto molto tempo, però, per capire la frequenza alla quale avviene questo passaggio, e dunque quella richiesta per il laser. "È stato come cercare un ago in un pagliaio - conferma Levi - è stato necessario un lunghissimo studio".

Entrambi i gruppi hanno utilizzato il torio-229 incorporato in un cristallo di fluoruro di calcio , raggiungendo una stabilità sufficiente a far funzionare il sistema per oltre 24 ore senza alcun intervento. La precisione del nuovo orologio corrisponde a un errore di circa un secondo ogni 30 milioni di anni, non ancora al livello dei migliori orologi atomici ottici ma già sufficiente per eseguire esperimenti di fisica di precisione.