Un'Impresa Straordinaria e senza Precedenti

Da due decenni, un team di scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) negli Stati Uniti ha intrapreso un progetto che segnerà un'epoca nella storia della scienza: la creazione dell'orologio più accurato mai realizzato! Questo straordinario orologio atomico ottico, basato su un singolo ione di alluminio intrappolato, ha una capacità di misurazione del tempo così fenomenale che servirebbe un periodo superiore all'età dell'universo per guadagnare o perdere un solo secondo!

Oltre la Misura: Accuratezza e Stabilità al Vetta

Ma cosa rende questo orologio così speciale? Dobbiamo considerare due concetti fondamentali: l'accuratezza, che indica quanto un orologio si avvicina al 'vero' tempo, e la stabilità, cioè la costanza con cui misura il tempo. Questo nuovo orologio raggiunge un'eccezionale incertezza di frequenza di 5,5 × 10⁻¹⁹ e una stabilità di 3,5 × 10⁻¹⁶ /√τ secondi, superando di oltre il doppio le prestazioni dei predecessori.

Tecnologia Avanzata: Un Ione di Alluminio come Protagonista

Il cuore di questo sistema innovativo è un singolo ione di alluminio 27Al⁺, supportato da uno ione di magnesio 25Mg⁺ per garantire la stabilità. Gli ioni di alluminio sono perfetti per misurare il tempo, essendo poco influenzati da campi magnetici e variazioni di temperatura. Tuttavia, sono difficili da manipolare. Qui entra in scena il magnesio, che facilita l'operazione, consentendo di monitorare l'alluminio in modo indiretto.

Innovazioni Rivoluzionarie e Precisione Estrema

Una delle innovazioni fondamentali è stata l'estensione della durata della sonda Rabi a un secondo, grazie a un laser stabilizzato in laboratorio, trasmesso su fibra ottica per 3,6 chilometri! Questo ha ridotto l'instabilità di un fattore tre. Inoltre, la trappola per ioni è stata riprogettata usando un wafer di diamante più spesso, che ha minimizzato le vibrazioni indesiderate.

Un Futuro Brillante per la Precisione Temporale

La camera a vuoto, in titanio, ha ridotto di 150 volte l'idrogeno residuo, facendo funzionare il dispositivo per giorni senza ricariche. Inoltre, i ricercatori hanno misurato il campo magnetico alternato generato dalla trappola radiofrequenza, eliminando una delle principali fonti di incertezze. Questa combinazione di tecnologie ha portato a una precisione a 19 cifre decimali in solo un giorno e mezzo di misurazioni, rispetto alle tre settimane necessarie in passato.

Una Nuova Era per la Misura del Tempo?

Ma non finisce qui! Il prossimo obiettivo è quello di ampliare il numero di ioni e persino esplorare stati quantistici entangled, aprendo la strada a strumenti futuristici. Un orologio con questa incredibile precisione potrebbe non solo ridefinire il secondo, ma anche migliorare la nostra comprensione della gravità, affinare i modelli geologici e persino testare i principi fondamentali della fisica.