Questo orologio realizzato in Cina è uno dei più precisi al mondo: “perde” 1 secondo ogni 30 mld di anni

Immaginate un orologio talmente preciso che, se lo metteste in funzione oggi e lo lasciaste girare per 30 miliardi di anni (più del doppio dell'età attuale dell'universo) si ritroverebbe indietro di appena un secondo. Non è fantascienza: è il risultato di uno studio appena pubblicato sulla rivista Metrologia da ricercatori dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC). Questo orologio ottico allo stronzio è in grado di misurare il secondo con una precisione di 19 cifre decimali, abbastanza per poter contribuire a stabilire un nuovo standard mondiale per la misura del tempo, che verrà discusso nel 2030.

Perché questo orologio cinese è più preciso di quelli atomici

Per capire di cosa stiamo parlando, è utile fare un passo indietro. La definizione ufficiale del secondo che usiamo oggi risale al 1967: dal quel momento, nel Sistema Internazionale di Unità di Misura, un secondo è definito come l'intervallo di tempo in cui avvengono 9.192.631.770 oscillazioni dell'atomo di cesio-133. Gli orologi atomici al cesio sono stati per decenni lo standard di riferimento per la misura del tempo, e rimangono strumenti di grande precisione. Ma con lo stronzio si può fare di meglio, perché oscilla circa 700.000 miliardi di volte al secondo, cioè con un periodo dell'oscillazione decine di migliaia di volte minore rispetto a quello del cesio-133. Questo si traduce in più "tacche" su cui misurare il tempo, e quindi una precisione maggiore.

In particolare, il nuovo orologio ottico cinese ha raggiunto una precisione di di 9,2 · 10^–19 (tradotto, significa che l'errore relativo della sua misura del tempo è meno di un miliardesimo di miliardesimo) con una stabilità di 6,3 · 10^–19. Sono numeri che gli orologi al cesio non possono nemmeno avvicinare, ma il punto chiave è questo: superano il requisito di 2 · 10^–18 fissato dalla comunità metrologica internazionale come soglia minima per considerare un orologio ottico idoneo alla ridefinizione del secondo.

Cosa serve per ridefinire il secondo oltre all'orologio dell'USTC

Questo nuovo orologio cinese, per quanto preciso, non è sufficiente per cambiare la definizione del secondo. Per procedere alla ridefinizione, la comunità scientifica internazionale richiede che almeno tre orologi ottici basati sullo stesso tipo di oscillazione, e con livelli di precisione e stabilità adeguati, siano operativi in istituzioni diverse nel mondo.

Il nuovo orologio dell'USTC si aggiunge a un gruppo di strumenti che stanno via via raggiungendo questi requisiti: altri due orologi ottici a stronzio e due basati su ioni di alluminio hanno già superato la soglia richiesta. Insomma, ci sono le basi per arrivare a una definizione ufficiale del secondo più precisa. Di questo si discuterà alla prossima Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure, che si terrà a ottobre di quest'anno. In quell'occasione si metteranno le basi per una proposta formale di cambio della definizione, che verrà affrontato nella successiva conferenza generale, che si terrà nel 2030.

A cosa serve un orologio così preciso

È lecito chiedersi: ma nella vita pratica, che differenza fa se il secondo è definito con 18 o 19 cifre decimali? La risposta è: moltissima, per alcune applicazioni. Pensiamo alla misurazione ultra-precisa delle differenze nel campo gravitazionale terrestre (quella che in gergo tecnico si chiama geodesia relativistica): secondo la relatività generale di Einstein, infatti, il tempo scorre leggermente più lentamente dove la gravità è più intensa, pertanto un orologio estremamente preciso diventa anche miglior un misuratore del campo gravitazionale, con applicazioni in geofisica, geologia (pensiamo al monitoraggio dei movimenti della crosta terrestre) ma anche per migliorare i sistemi di navigazione come il GPS.

Orologi di questa precisione potrebbero anche aiutare gli astronomi a cercare la materia oscura. Alcune teorie prevedono che questa ipotetica ed elusiva tipologia di materia possa causare piccole fluttuazioni nelle costanti fisiche fondamentali, che potrebbero – il condizionale qui è d'obbligo – essere rilevate come impercettibili variazioni nel ritmo del tempo misurabili da orologi ultra-precisi.

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