Innovazione

L'orologio allo stronzio da 90 miliardi di anni

Un nuovo orologio atomico, basato sullo stronzio anziché sul cesio, ha un'incertezza di 1 secondo ogni 90 miliardi di anni: aiuterà nelle misure delle onde gravitazionali.

Un team di ricercatori della University of Colorado (Boulder) coordinato da Jun Ye ha assemblato un nuovo orologio atomico basato sullo stronzio (38Sr), di diversi ordini di grandezza più preciso del precedente riferimento, basato su di un isotopo del cesio (55Cs). Il nuovo sistema utilizza stronzio allo stato gassoso in una struttura a griglie sovrapposte, a formare una sorta di cubo, mantenuta a -273 °C, ossia una frazione di grado al di sopra dello zero assoluto (-273,15 °C).

Funziona così: il super freddo microcubo viene attraversato da un fascio laser e, rilevando il numero di oscillazioni degli elettroni degli atomi di stronzio, eccitati dall'energia del laser, si ottiene una scansione del tempo di una precisione mai raggiunta prima d'ora.

Il puntualissimo stronzio. Gli attuali orologi atomici rilevano le oscillazioni degli elettroni del cesio 133 (isotopo stabile del cesio): dopo poco più 9 miliardi di oscillazioni diciamo che è passato 1 secondo.

Adesso, con il nuovo meccanismo, le oscillazioni pari a 1 secondo sono circa un milione di miliardi (10^15: biliardo in Europa, quadrillion negli Usa e nel mondo anglosassone). I ricercatori sono inoltre riusciti a garantire più misurazioni (e quindi una maggiore precisione) usando molti più atomi, proprio grazie alla temperatura prossima allo zero assoluto, che evita che gli atomi collidano fra loro. A tal proposito, Jun Ye ha dichiarato che la quasi totale assenza di calore (energia) porta gli atomi a un particolare stato della materia noto come gas quantistico: «A quella temperatura le particelle si muovono come onde, senza collisioni».

Più dell'età dell'universo. Fino a pochi anni fa l'orologio atomico più preciso aveva una incertezza di un secondo ogni 300 milioni di anni. «Nel 2014 l'orologio più accurato non avrebbe perso o guadagnato un secondo nell'intera vita dell'universo», afferma Ye, ma il nuovo orologio fa di meglio: ha una incertezza stimata in soli 3,5 secondi ogni 10^19 secondi: significa che siamo passati dalla precisione di 1 secondo ogni 14 miliardi di anni del 2014, a 1 secondo ogni 90 miliardi di anni.

Solo il tempo... Sulla carta è dunque l'orologio più preciso mai costruito, ma come sempre accade per le cose di scienza le dichiarazioni non bastano e la sua accuratezza dovrà essere convalidata.

Col tempo... ma con metodi statistici, certo non in 90 miliardi di anni. A quel punto il sistema potrà essere applicato a vari ambiti scientifici, per esempio alle misure delle deformazioni dello spazio-tempo causate dalle onde gravitazionali, per dedurre informazioni sulla relatività generale e sugli eventi cosmici che scatenano queste onde nel tessuto della realtà.

10 ottobre 2017 Davide Lizzani
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