Esperti ricercatori hanno elaborato recentemente un progetto davvero notevole: un orologio ottico, che perde o guadagna un secondo ogni 7 miliardi di anni, spingendo gli esseri umani alla rivalutazione del secondo come unità base del tempo.
Questo sorprendente risultato ha reso la Cina il secondo Paese al mondo a raggiungere un cronometraggio così preciso. Il team, guidato dal fisico Pan Jianwei, ha scritto sulla rivista Metrologia all’inizio di questo mese, che l’invenzione consente di aprire la strada alla realizzazione di una rete globale di orologi ottici. Hanno aggiunto, inoltre, che può dare anche nuove opportunità, per testare le teorie della fisica fondamentale, rilevare le onde gravitazionali e cercare la materia oscura.
L’attuale detentore del record per l’orologio ottico più preciso, a base di stronzio, è collocato presso l’Università del Colorado a Boulder ed è stato sviluppato da un gruppo guidato dal fisico cinese-americano Jun Ye. Si conferma leggermente più preciso rispetto al suo rivale cinese, siccome il suo funzionamento si è dimostrato più stabile. Gli attori in corsa che seguono includono l’Università di Tokyo, l’Istituto di ricerca fisica e chimica in Giappone e l’Istituto nazionale di metrologia della Germania.
Cosa prevedono gli orologi ottici?
Gli orologi ottici hanno un grande potenziale per le future applicazioni nelle infrastrutture. Potrebbero, infatti, migliorare in modo significativo la precisione dei sistemi satellitari di navigazione globale e contribuire a costruire reti di comunicazione altamente sicure basate sulla distribuzione delle chiavi quantistiche.
Secondo il South China Morning Post, potrebbero anche migliorare la sincronizzazione e l’efficienza delle reti elettriche e persino svolgere un ruolo vitale nella difesa e nella sicurezza nazionale. Oggi la definizione di secondo trova fondamento su una tipologia di orologio atomico, chiamato orologio a fontana a microonde, che funziona rilasciando atomi di cesio verso l’alto, che cadono sotto la gravità con un movimento a fontana con impulsi a microonde.
I loro elettroni, quindi, assorbono ed emettono particelle di luce per saltare tra diversi livelli di energia. Considerando tali cicli come “tick” che segnano frazioni di secondo, gli scienziati possono ottenere un cronometraggio di alta precisione con stabilità di diversi quadrilionesimi.
Ma la precisione di un orologio a microonde è limitata dallo standard di frequenza delle microonde. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno costruito orologi ottici che utilizzano la luce laser per guidare le transizioni elettroniche e ottenere prestazioni due ordini di grandezza migliori rispetto ai loro omologhi a microonde.
Sono le due variabili chiave per le prestazioni e l’affidabilità di un orologio ottico. L’instabilità misura quanto cambia la frequenza dell’orologio nel tempo, mentre l’incertezza rappresenta il grado di confidenza nella frequenza misurata dall’orologio.