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Dopo decenni di tentativi, un gruppo di fisici è riuscito a realizzare un orologio basato sui nuclei atomici, aprendo nuove possibilità per la misurazione del tempo
Gli scienziati cercano modi sempre più precisi per misurare il tempo. Dai movimenti del Sole e della Luna siamo passati al pendolo, poi agli orologi al quarzo e infine agli orologi atomici, capaci di una precisione estrema. Ma ora un gruppo internazionale di ricerca è riuscito a fare un ulteriore passo avanti, creando il primo orologio nucleare della storia: un dispositivo che misura il tempo osservando non il comportamento degli elettroni, come fanno gli orologi atomici, ma quello dei nuclei atomici.
La svolta, descritta in un articolo pubblicato su Nature il 5 settembre di quest’anno, è avvenuta nei laboratori JILA di Boulder, in Colorado, dopo decenni di tentativi da parte di fisici di tutto il mondo. Il nuovo orologio, pur non essendo ancora più preciso dei migliori orologi atomici, potrebbe presto battere ogni record di precisione nella misurazione del tempo e aprire la strada a nuove scoperte sulla natura fondamentale dell’universo.
Come funziona un orologio nucleare
Per capire l’importanza di questa innovazione, bisogna prima comprendere come funzionano gli orologi più precisi che abbiamo oggi. Gli orologi atomici sfruttano il fatto che quando un laser colpisce un atomo con la frequenza giusta, gli elettroni dell’atomo assorbono quella luce e saltano a un livello energetico superiore. Ma gli elettroni tornano poi indietro rilasciando un lampo di luce caratteristico. È proprio osservando questi lampi che sappiamo di aver trovato la frequenza perfetta. Contando le onde di luce del laser sintonizzato su questa frequenza, otteniamo un orologio di precisione straordinaria.
La svolta è arrivata grazie a un isotopo radioattivo particolare, ovvero il torio-229. Questo isotopo richiede una quantità di energia sorprendentemente bassa per passare a uno stato eccitato, rendendolo l’unico candidato possibile per la realizzazione di un orologio nucleare. Gli scienziati sono riusciti a scoprire la frequenza necessaria per far avvenire la transizione solo nel 2023. Nel recente studio i ricercatori hanno quindi incorporato decine di migliaia di nuclei di torio-229 in cristalli trasparenti, aumentando la probabilità di successo nell’eccitazione. Il momento decisivo è arrivato quasi a mezzanotte, quando il team ha osservato per la prima volta il debole bagliore che segnalava l’eccitazione dei nuclei di torio. Le possibili applicazioni
Le implicazioni di questa scoperta sono enormi. Un orologio nucleare potrebbe essere non solo più preciso degli orologi atomici, ma anche più robusto e portatile. Questo perché i nuclei sono molto meno sensibili alle interferenze esterne rispetto agli elettroni, rendendo l’orologio più stabile. Le applicazioni pratiche potrebbero includere sistemi GPS molto più precisi, capaci quindi di localizzazioni a loro volta più precise, con importanti ricadute per la guida autonoma e per le tecnologie di assistenza alle persone non vedenti.
Ma ci sono anche possibili applicazioni nella ricerca fondamentale. Gli orologi nucleari potrebbero aiutarci a studiare la materia oscura, che costituisce l’85% della materia dell’universo ma che non siamo ancora riusciti a rilevare direttamente. Potrebbero anche permetterci di verificare se le forze fondamentali della natura, come la forza nucleare forte e quella elettromagnetica, rimangono davvero costanti nel tempo.
notizia da: passioneastronomia.it
Gli scienziati cercano modi sempre più precisi per misurare il tempo. Dai movimenti del Sole e della Luna siamo passati al pendolo, poi agli orologi al quarzo e infine agli orologi atomici, capaci di una precisione estrema. Ma ora un gruppo internazionale di ricerca è riuscito a fare un ulteriore passo avanti, creando il primo orologio nucleare della storia: un dispositivo che misura il tempo osservando non il comportamento degli elettroni, come fanno gli orologi atomici, ma quello dei nuclei atomici.
La svolta, descritta in un articolo pubblicato su Nature il 5 settembre di quest’anno, è avvenuta nei laboratori JILA di Boulder, in Colorado, dopo decenni di tentativi da parte di fisici di tutto il mondo. Il nuovo orologio, pur non essendo ancora più preciso dei migliori orologi atomici, potrebbe presto battere ogni record di precisione nella misurazione del tempo e aprire la strada a nuove scoperte sulla natura fondamentale dell’universo.
Come funziona un orologio nucleare
Per capire l’importanza di questa innovazione, bisogna prima comprendere come funzionano gli orologi più precisi che abbiamo oggi. Gli orologi atomici sfruttano il fatto che quando un laser colpisce un atomo con la frequenza giusta, gli elettroni dell’atomo assorbono quella luce e saltano a un livello energetico superiore. Ma gli elettroni tornano poi indietro rilasciando un lampo di luce caratteristico. È proprio osservando questi lampi che sappiamo di aver trovato la frequenza perfetta. Contando le onde di luce del laser sintonizzato su questa frequenza, otteniamo un orologio di precisione straordinaria.
La svolta è arrivata grazie a un isotopo radioattivo particolare, ovvero il torio-229. Questo isotopo richiede una quantità di energia sorprendentemente bassa per passare a uno stato eccitato, rendendolo l’unico candidato possibile per la realizzazione di un orologio nucleare. Gli scienziati sono riusciti a scoprire la frequenza necessaria per far avvenire la transizione solo nel 2023. Nel recente studio i ricercatori hanno quindi incorporato decine di migliaia di nuclei di torio-229 in cristalli trasparenti, aumentando la probabilità di successo nell’eccitazione. Il momento decisivo è arrivato quasi a mezzanotte, quando il team ha osservato per la prima volta il debole bagliore che segnalava l’eccitazione dei nuclei di torio. Le possibili applicazioni
Le implicazioni di questa scoperta sono enormi. Un orologio nucleare potrebbe essere non solo più preciso degli orologi atomici, ma anche più robusto e portatile. Questo perché i nuclei sono molto meno sensibili alle interferenze esterne rispetto agli elettroni, rendendo l’orologio più stabile. Le applicazioni pratiche potrebbero includere sistemi GPS molto più precisi, capaci quindi di localizzazioni a loro volta più precise, con importanti ricadute per la guida autonoma e per le tecnologie di assistenza alle persone non vedenti.
Ma ci sono anche possibili applicazioni nella ricerca fondamentale. Gli orologi nucleari potrebbero aiutarci a studiare la materia oscura, che costituisce l’85% della materia dell’universo ma che non siamo ancora riusciti a rilevare direttamente. Potrebbero anche permetterci di verificare se le forze fondamentali della natura, come la forza nucleare forte e quella elettromagnetica, rimangono davvero costanti nel tempo.
notizia da: passioneastronomia.it