Al momento, gli orologi atomici ad alta precisione si basano sulla frequenza di risonanza di un atomo, seguendo il salto quantico dell’elettrone.

Questo piccolo salto richiede una quantità di tempo molto precisa, che può essere rilevata e utilizzata come un piccolo pendolo. Nonostante possa sembrare assolutamente accurato, la  maggior parte degli orologi atomici moderni riescono comunque a perdere un secondo di tempo ogni duecento milioni di anni circa.

Primo orologio atomico della storia

L’ Istituto nazionale degli standard e della tecnologia statunitensi stanno lavorando per migliorare la precisione attraverso il raffreddamento e l’aumento della densità delle particelle.

La ricerca

Circa  15 anni fa , i fisici di Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Germania, iniziarono a prendere sul serio la possibilità di utilizzare gli stati di transizione in un nucleo atomico come modo per misurare il tempo.

La densità delle particelle impacchettate in un nucleo (come quella di un atomo di torio) difficilmente riescono ad essere spostate, aumentando così l’affidabilità dell’orologio. L’unico problema è che la maggior parte degli atomi ha bisogno di molta energia per trasformare il loro nucleo in uno stato abbastanza eccitato, quindi sono necessari fasci di raggi X o raggi gamma per avviarli.

Il torio è l’elemento chimico di numero atomico 90. È un metallo attinoide radioattivo ed è uno degli unici due significativi elementi che si trovano ancora radioattivi naturalmente in grandi quantità come elemento primordiale (l’altro è l’uranio)

Il nucleo del torio si distingue per la sua capacità di formare un isomero in uno stato eccitato temporaneamente stabile (noto come stato “metastabile“) quando viene immerso nella luce UV, rendendolo il miglior candidato per un orologio atomico ottico basato su il nucleo di un atomo.

Orologi sempre più precisi e meno scuse per arrivare in ritardo

Lavorando con ricercatori della Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco, il team ha analizzato le forme metastabili dell’isomero torio-229 catturate in uno stato eccitato mentre decadevano dagli atomi di uranio. Colpendo gli atomi intrappolati con un laser e studiando lo spettro della luce prodotta dai loro elettroni in movimento, la squadra riuscì a vedere la distribuzione della carica attraverso il nucleo.

Il risultato finale è un’immagine migliore del nucleo che contribuirà a ridurre la gamma di frequenze necessarie per spostare il nucleo atomico da uno stato fondamentale a uno eccitato. Non è chiaro quanto preciso sarebbe un orologio nucleare a base di torio, ma certamente aprirebbe una finestra su un modo completamente nuovo per misurare i secondi che passano.

Il perfezionamento della precisione di tali orologi potrebbe svolgere un ruolo importante nella ricerca dell’identità della materia oscura, rilevabile solo come il suo tempo di distorsione di massa.