Orologi atomici più precisi di
sempre: ci aiuteranno a misurare lo spazio-tempo.
Segnalato dal Dott. Giuseppe
Cotellessa (ENEA)
Dal National Institute of
Standards and Technology americano arriva la notizia del più preciso orologio
atomico mai realizzato. Talmente affidabile che in futuro potrebbe essere
utilizzato per studiare il campo gravitazionale terrestre e andare a caccia di
onde gravitazionali.
Il National Institute of
Standards and Technology ha infatti sviluppato una nuova generazione di orologi
atomici, che superano per precisione e affidabilità qualunque modello
precedente. E con tanta precisione, i nuovi dispositivi, descritti in un
articolo appena pubblicato su Nature, faranno ben più che segnare l’ora esatta:
permetteranno infatti di studiare la forma del campo gravitazionale terrestre,
di misurare il passaggio di onde gravitazionali, e perché no, di indagare
l’esistenza e la natura della sfuggente materia oscura.
TUTTO È RELATIVO
Per esperti e appassionati di
fisica non sarà certo una novità, ma per gli altri un piccolo ripasso può
tornare utile. Iniziando da una delle conseguenze più contro-intuitive della
teoria della relatività: il tempo non è una dimensione assoluta, ma dipende dal
sistema di riferimento in cui lo si misura. Velocità, accelerazione, e anche
gli effetti della gravità alterano lo scorrere del tempo a livello locale: in
cima a una montagna, ad esempio, il tempo scorre più velocemente rispetto a
quanto avviene in pianura, perché gli effetti della gravità del pianeta (che
distorce lo spazio-tempo) sono meno pronunciati. Questo in teoria, perché in
pratica, ovviamente, si tratta di differenze talmente infinitesimali che è
impossibile notarle. O almeno, così è stato fino ad oggi, perché una nuova
generazione di orologi atomici promette di fare esattamente questo.
QUESTIONE DI PRECISIONE
In effetti, i progressi fatti dai
ricercatori del Nist sono principalmente di natura tecnica. Non hanno fatto
altro che migliorare l’efficienza dei loro orologi fino a raggiungere una
precisione, e soprattutto un’affidabilità, mai viste prima. I ticchettii dei
nuovi orologi riproducono la frequenza di vibrazione degli atomi di itterbio
contenuti al loro interno con un’incertezza (o soglia di errore) inferiore a
uno su un miliardo di miliardi. E anche la stabilità del loro funzionamento e
la riproducibilità (cioè il fatto che due dispositivi mostrino lo stesso
livello di precisione) hanno infranto ogni record.
Questo livello di precisione –
spiegano i ricercatori nel loro studio – rende gli orologi fin troppo sensibili
agli effetti relativistici della gravità, facendo sorgere un problema: la loro
precisione supera quella con cui gli scienziati possono calcolare in che modo
l’attrazione gravitazionale influenza lo scorrere del tempo in ogni punto della
superficie terrestre. Per questo motivo, attualmente sarebbe impossibile comparare
il tempo segnato da due dei nuovi orologi situati in punti diversi del pianeta.
Ma facendo di necessità virtù – dicono i ricercatori – i dispositivi potrebbero
rivelarsi molto utili per una serie di compiti completamente differenti.
RILEVATORI DI CAMPI
GRAVITAZIONALI
Uno degli utilizzi più diretti
proposti dai ricercatori è nel campo della geodesia, più precisamente nella
determinazione del geoide: una figura tridimensionale ideale che corrisponde
alla forma che avrebbero gli oceani se non esistessero maree e venti a
disturbarne le acque. Si tratta di un modello importante per determinare con
precisione scientifica il cosiddetto “livello del mare”, e tutte le misure che
si basano su di esso. Oggi i calcoli presentano ancora diversi centimetri di incertezza,
ma con gli orologi atomici di nuova generazione i ricercatori assicurano che la
precisione potrebbe scendere facilmente al di sotto del centimetro. E non è
tutto, perché i nuovi orologi potrebbero rivelarsi preziosi per studiare tutti
i fenomeni legati alla gravità. Un esempio su tutti: le onde gravitazionali,
che attualmente si cercano utilizzando enormi interferometri, e che in futuro
si potrebbero osservare monitorando i ticchettii degli orologi atomici. È
presto per cantare vittoria, ovviamente, perché i risultati andranno validati e
poi replicati su nuovi dispositivi. Ma dal Nist assicurano di essere già al
lavoro per costruirne una versione portatile, con cui iniziare realmente ad
esplorarne tutte le potenzialità.
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DI MARCO LA ROSA
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