Nell’universo affascinante della scienza, in un secondo può accadere di tutto. E quando si parla di misurare il tempo con precisione, entra in gioco l’orologio atomico, non uno qualsiasi, ma quello più preciso al mondo. Messo a punto dai ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) negli Stati Uniti, questo piccolo prodigio della fisica misura il tempo con un’accuratezza fino a 19 cifre decimali. Un risultato che rappresenta un grande passo in avanti per il progresso scientifico.
Cos’è un orologio atomico e quale record è stato battuto
Prima di capire cosa fa, dobbiamo domandarci: cos’è un orologio atomico? In parole semplici, è un dispositivo che misura il tempo sfruttando il comportamento prevedibile degli atomi, in particolare le vibrazioni dei loro elettroni. Queste oscillazioni, che avvengono a frequenze incredibilmente stabili, vengono usate per scandire il tempo con una precisione a cui i normali orologi meccanici o digitali non possono aspirare.
Il nuovo record raggiunto dal team del NIST è davvero impressionante: il loro orologio basato su ioni di alluminio riesce a essere più preciso del 41% rispetto al precedente campione e 2,6 volte più stabile rispetto a qualsiasi altro orologio a ioni esistente. Gli ioni di alluminio infatti garantiscono un “ticchettio” estremamente regolare e meno influenzato da fattori esterni come la temperatura o i campi magnetici. Tuttavia, proprio per via della loro natura, sono difficili da gestire nei laboratori. Per questo motivo, i ricercatori hanno affiancato l’alluminio al magnesio, che può essere controllato più facilmente grazie ai laser.
Con un orologio di questo tipo, sarà possibile ottenere misurazioni temporali così accurate da influenzare settori che vanno dalla geodesia terrestre – ovvero lo studio della forma e del campo gravitazionale della Terra – alla fisica fondamentale.
Quali esperimenti scientifici richiedono l’uso di orologi atomici
Gli orologi atomici non sono semplici giocattoli di laboratorio: sono strumenti chiave in molti degli esperimenti scientifici più complessi e affascinanti. Un esempio storico è l’esperimento di Hafele-Keating del 1971. Due orologi atomici furono imbarcati su aerei che fecero il giro del mondo. Al ritorno, i ricercatori verificarono che avevano registrato il tempo in modo leggermente diverso rispetto a quelli rimasti a terra, confermando le previsioni della relatività di Einstein.
Ma le applicazioni non finiscono qui. Oggi questi orologi vengono usati per misurare gli effetti della gravità sul tempo, un fenomeno noto come dilatazione temporale gravitazionale. Basta spostarli di qualche metro in altezza – per esempio dal livello del mare alla cima di una montagna – per osservare differenze nel tempo registrato. Più precisi sono gli strumenti, più sottili e incredibili sono le differenze che si riescono a rilevare.
Inoltre, gli orologi atomici giocano un ruolo cruciale nella ricerca della materia oscura, uno dei più grandi misteri dell’universo. L’idea è che, se esistono fluttuazioni impercettibili causate da questa materia invisibile, un orologio atomico ultra preciso potrebbe essere in grado di rilevarle.
Tornando più sui strumenti che utilizziamo tutti i giorni, anche i sistemi GPS e GNSS dipendono interamente dalla precisione di questi strumenti per fornire dati di posizione affidabili.
Dunque, davvero ogni secondo è importante per il progresso scientifico. Gli orologi atomici in questa equazione rappresentano il confine tra ciò che conosciamo e ciò che possiamo ancora scoprire.
