Come l’orologio più preciso del mondo potrebbe trasformare la fisica fondamentale: la tecnologia

Pubblicato su 16 febbraio 2022 22:07

Come l’orologio più preciso del mondo potrebbe trasformare la fisica fondamentale.

WASHINGTON (AFP) – Scienziati statunitensi hanno misurato la teoria della relatività generale di Albert Einstein – secondo la quale la gravità rallenta il tempo – alla scala più piccola in assoluto, dimostrando che gli orologi ticchettano a velocità diverse se separati da frazioni di millimetro.

Jun Ye, del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dell’Università del Colorado Boulder, ha detto all’AFP che era “di gran lunga” l’orologio più preciso mai costruito e che potrebbe aprire la strada a nuove scoperte nella meccanica quantistica, il regolamento per il mondo subatomico.

Ye e colleghi hanno pubblicato mercoledì le loro scoperte sulla prestigiosa rivista Nature, descrivendo i progressi ingegneristici che hanno permesso loro di costruire un dispositivo 50 volte più preciso del loro precedente miglior orologio, esso stesso un record, costruito nel 2010.

Era più di un secolo fa, nel 1915, che Einstein avanzò la sua teoria della relatività generale, secondo la quale il campo gravitazionale di un oggetto massiccio distorce lo spazio-tempo.

Ciò fa sì che il tempo si muova più lentamente man mano che ci si avvicina all’oggetto.

Ma è stato solo con l’invenzione degli orologi atomici – che tengono il tempo rilevando la transizione tra due stati energetici all’interno di un atomo esposto a una frequenza particolare – che gli scienziati hanno potuto dimostrare la teoria.

I primi esperimenti includevano la Gravity Probe A del 1976, che coinvolgeva un veicolo spaziale a seimila miglia (10.000 chilometri) sopra la superficie terrestre e mostrava che un orologio a bordo era più veloce di un equivalente sulla Terra di un secondo ogni 73 anni.

Da allora, gli orologi sono diventati sempre più precisi, e quindi in grado di rilevare meglio gli effetti della relatività.

Dieci anni fa, il team di Ye ha stabilito un record osservando il tempo che si muoveva a velocità diverse quando il loro orologio veniva spostato di 33 centimetri (poco più di un piede) più in alto.

– Teoria del tutto –

La svolta chiave di Ye è stata lavorare con reti di luce, note come reticoli ottici, per intrappolare gli atomi in modo ordinato. Questo serve per impedire agli atomi di cadere a causa della gravità o di muoversi in altro modo, con conseguente perdita di precisione.

All’interno del nuovo orologio di Ye ci sono 100.000 atomi di stronzio, sovrapposti l’uno sull’altro come una pila di frittelle, in totale circa un millimetro di altezza.

L’orologio è così preciso che quando gli scienziati hanno diviso la pila in due, sono stati in grado di rilevare differenze di tempo nella metà superiore e inferiore.

A questo livello di precisione, gli orologi agiscono essenzialmente come sensori.

“Lo spazio e il tempo sono collegati”, ha affermato Ye. “E con una misurazione del tempo così precisa, puoi effettivamente vedere come lo spazio sta cambiando in tempo reale: la Terra è un corpo vivo e vivace”.

Tali orologi sparsi su una regione vulcanicamente attiva potrebbero dire ai geologi la differenza tra roccia solida e lava, aiutando a prevedere le eruzioni.

Oppure, ad esempio, studia come il riscaldamento globale sta causando lo scioglimento dei ghiacciai e l’innalzamento degli oceani.

Ciò che ti eccita di più, tuttavia, è il modo in cui gli orologi del futuro potrebbero inaugurare un regno della fisica completamente nuovo.

L’orologio attuale può rilevare differenze di tempo su 200 micron, ma se fosse ridotto a 20 micron, potrebbe iniziare a sondare il mondo quantistico, aiutando a colmare le lacune in teoria.

Mentre la relatività spiega magnificamente come si comportano oggetti grandi come pianeti e galassie, è notoriamente incompatibile con la meccanica quantistica, che si occupa del molto piccolo, e sostiene che tutto può comportarsi come una particella e un’onda.

L’intersezione dei due campi porterebbe la fisica un passo avanti verso una “teoria del tutto” unificante che spiega tutti i fenomeni fisici del cosmo.