È stato realizzato il primo orologio nucleare, basato non su un atomo come gli attuali orologi atomici, ma sul nucleo di un atomo: per il momento si tratta ancora di un prototipo, ma una volta messo a punto potrà diventare lo strumento più preciso al mondo. Il risultato, che guadagna la copertina della rivista Nature, si deve al gruppo di ricercatori guidato da Chuankun Zhang dell’Università americana del Colorado a Boulder. Gli orologi nucleari non permetteranno solo di misurare il tempo in maniera ultra-precisa: oltre a sistemi di navigazione ancora più affidabili, internet più veloce e comunicazioni digitali più sicure, aprono anche la strada a nuove scoperte nel campo della fisica, consentendo di indagare come mai prima le leggi fondamentali della natura.
“Questo studio dimostra che si può fare”, dice all’ANSA Davide Calonico, dirigente di ricerca all’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica. “Ora bisogna esplorarne le prestazioni in termini di affidabilità e accuratezza: quanto le potenzialità rispetteranno le attese è tutto da vedere. In ogni caso – commenta il ricercatore – è un cambio di paradigma pazzesco: si passa ad un orologio solido che non ha bisogno di attrezzature come le pompe da vuoto, cosa che semplifica di molto le cose, e che è anche miniaturizzabile”.
Gli orologi atomici misurano il tempo sintonizzando un laser sulle frequenze necessarie per far ‘saltare’ un elettrone da uno stato energetico ad un altro. Da decenni, però, i ricercatori stanno cercando di ottenere un risultato simile non con gli elettroni, ma con il nucleo di un atomo, cioè quella parte formata solo da protoni e neutroni: essendo più piccolo di un intero atomo, il nucleo è meno soggetto ai disturbi esterni e permetterebbe, dunque, di ottenere un livello maggiore di precisione. Il problema è che far passare un nucleo atomico tra due stati energetici richiede una quantità di energia incredibilmente più alta, non ottenibile da un laser, con l’unica eccezione del torio: “Questo elemento ha energie di transizione tra le due fasi sufficientemente simili – evidenzia Calonico – e sono infatti le uniche raggiungibili con un laser”.
Ma c’era un altro ostacolo, il più arduo: conoscere esattamente la differenza di energia tra i due stati del nucleo di torio, in modo da attivare ‘l’interruttore’ che permette di passare dall’uno all’altro: questo traguardo è stato infine raggiunto lo scorso aprile, dagli stessi ricercatori coinvolti nello studio attuale. “La grande impresa è stata quella – sottolinea il ricercatore dell’Inrim – per 20 anni si è cercato di restringere sempre più il campo, è stato come cercare un ago in un pagliaio. Una volta ottenuto quel risultato, il passo verso il primo orologio nucleare è stato breve”.
Zhang e colleghi hanno utilizzato un laser appositamente progettato e un nucleo di torio intrappolato in un cristallo solido: è quest’ultimo a segnare il tempo, come un ‘pendolo nucleare’. Il dispositivo è stato poi accoppiato con successo all’orologio atomico che si trova presso l’Università di Boulder, consentendo così di ottenere il primo orologio nucleare. “Si apre una porta tutta da esplorare, perché è uno strumento che prima non c’era ed ora c’è”, aggiunge Calonico. “Nel campo della fisica, in particolare, si potranno esplorare i nuclei degli atomi anche a bassa energia, permettendo di testare teorie fondamentali”.
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