Un oOrologio da record: talmente preciso da misurare la relatività

L’orologio più preciso mai realizzato ha stabilito un nuovo record. Un gruppo di ricercatori ha creato un orologio con un’incertezza di circa 8 parti per decimo di miliardesimo di miliardesimo. Questo livello di precisione è talmente piccolo che ci vorrebbero quasi tre volte l’età dell’universo perché l’orologio perda un solo secondo, ovvero esattamente 39,15 miliardi di anni.

Il sole potrebbe nascere e morire quattro volte e questo orologio perderebbe solo un secondo. Il dispositivo è noto come orologio a reticolo ottico, descritto in un articolo preliminare che deve ancora essere sottoposto a revisione paritaria, e utilizza 40.000 atomi di stronzio intrappolati in un reticolo unidimensionale. Gli atomi sono mantenuti a una frazione di grado sopra lo zero assoluto e il ticchettio di questo orologio è una transizione tra specifici livelli energetici per gli elettroni in questo atomo.

Il team ha sviluppato orologi atomici ottici per anni, raggiungendo una precisione impossibile con gli orologi atomici regolari che utilizzano atomi di cesio. Tuttavia, negli ultimi anni, il team ha compiuto progressi nel limitare le incertezze e gli effetti sistematici per migliorare ulteriormente la precisione di questo dispositivo.

“Stiamo usando una serie di trucchi per renderlo l’orologio più accurato possibile”, ha detto l’autore principale Alexander Aeppli, dell’Università del Colorado Boulder, a New Scientist.

Si potrebbe chiedere quanto di più preciso si possa ottenere. Bene, il team pensa di poter andare ancora oltre. Sperano di raggiungere misurazioni 10 volte più precise e potrebbero persino raggiungere livelli 100 volte più precisi. Sono stati in grado di migliorare la loro precisione di un fattore 10 in pochi anni, quindi sembra che la loro fiducia sia ben riposta.

Si prevede che questi orologi porteranno a una nuova definizione del secondo, non più basata sul miglior orologio atomico ma su uno di questi dispositivi. Ma questo non è l’unico uso scientifico per questi dispositivi: con una precisione incredibile, ci aspettano scoperte ben oltre la misurazione del tempo.

“Ci saranno scoperte molto interessanti che ci aspettano se arriviamo ai tempi che sono sensibili alla curvatura dello spazio-tempo molto piccola”, ha detto l’autore senior Professor Jun Ye a IFLScience quando è stato annunciato che aveva vinto il Premio Breakthrough 2022 in Fisica Fondamentale.

Gli orologi atomici sono già sensibili agli effetti relativistici, ma la sensibilità degli orologi a reticolo ottico è 1.000 volte superiore, il che significa che possono essere utilizzati per misurare la gravità come mai prima d’ora, oltre a testare la nostra teoria della gravità – la relatività generale – a un limite più rigoroso. Se questo non fosse già molto interessante, questi orologi potrebbero essere utilizzati per studiare la materia oscura.

Un articolo che descrive questi risultati è stato pubblicato su Arxiv in attesa di revisione paritaria.