Un nuovo traguardo per la misurazione del tempo potrebbe ridefinire il secondo, con implicazioni che spaziano dalla scienza fondamentale alla gestione delle sfide ambientali.
La precisione nella misurazione del tempo ha raggiunto un livello senza precedenti grazie a un innovativo orologio atomico ottico multi-ione, che rappresenta un progresso significativo nella tecnologia di cronometraggio. Questa svolta apre la strada a una possibile ridefinizione del secondo, che potrebbe basarsi su sistemi più precisi rispetto alla transizione degli stati iperfini del cesio, adottata come standard dal 1967.
La sfida della precisione e il superamento dei limiti attuali
Negli ultimi anni, la ricerca sugli orologi atomici ottici ha mostrato un potenziale straordinario, con dispositivi capaci di essere 1.000 volte più precisi rispetto ai loro predecessori. Tuttavia, uno degli ostacoli principali era la difficoltà nel confrontare tra loro questi orologi con una precisione sufficiente a soddisfare i requisiti per la ridefinizione del secondo.
Il confronto tra orologi atomici richiede una misurazione dei rapporti di frequenza estremamente accurata. Questo processo, tradizionalmente complesso e lungo, è stato semplificato grazie al design multi-ione. Utilizzando 10 ioni, il nuovo sistema è in grado di accelerare le misurazioni, rendendole 10 volte più veloci rispetto ai metodi tradizionali.
Raggiungere un nuovo standard di accuratezza
Perché un orologio possa contribuire alla ridefinizione del secondo, deve dimostrare un’incertezza inferiore a 5×10^-18, cioè meno di cinque parti per miliardo di miliardi. Il team di ricerca ha raggiunto questo obiettivo, segnando un record mondiale nella misurazione dei rapporti di frequenza tra due orologi atomici ottici.
Secondo il Professor Tanja Mehlstäubler, questa conquista rappresenta un passo fondamentale verso un nuovo standard temporale: “Misurare rapporti di frequenza con un’incertezza così bassa era il parametro di riferimento da superare. È un risultato senza precedenti, che ci permette di avanzare concretamente verso la ridefinizione del secondo.”
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Oltre al record raggiunto, il sistema multi-ione ha il potenziale per ridurre ulteriormente l’incertezza sistematica fino a 1×10^-19, come dimostrato dai modelli teorici.
Applicazione
Gli orologi atomici ottici non sono solo strumenti di precisione teorica. La loro sensibilità estrema ai cambiamenti gravitazionaliRifperdita dei ghiacciai o il disgelo del permafrost.
Questi strumenti offrono anche nuove opportunità per testare i limiti della relatività generale e della meccanica quantistica, contribuendo a espandere la nostra comprensione dei principi fondamentali dell’universo.
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Il Professor Mehlstäubler sottolinea come la precisione sempre maggiore nella misurazione del tempo possa riservare sorprese scientifiche inattese: “Più siamo precisi, più possiamo scoprire. Non vedo l’ora di continuare a spingere i confini di ciò che è possibile misurare.”
