Effettuata dagli attuali orologi atomici basati su atomi eccitati da un laser a luce visibile o ultravioletta, la misura del tempo è diventata più precisa. Un libro dell’Ino-Cnr chiarisce questa vera e propria rivoluzione temporale, che avrà ricadute sul settore delle telecomunicazioni, aerospaziale e sui calcoli quantistici!
•• Non andrà in pensione il pendolo, ma certo è che la precisione non è stata mai il suo forte! A dirlo a noi ignari consultatori dell’ora, sono calcoli e misurazioni degli studiosi, – impegnati nei settori della spettroscopia e dell’ottica quantistica – che, avvalendosi di orologi atomici, raccontano di come questi abbiano margini di errore di un secondo in un arco di tempo pari all’età dell’universo, mentre i primi orologi a pendolo «fluttuavano» anche di dieci secondi in un giorno! La precisione della nuova misurazione è merito della frequenza della luce laser assorbita dagli atomi, capace addirittura di percepire la differenza tra lo scorrere del tempo all’altezza della testa e dei piedi di un uomo! La rete di fibre che trasporterà questa «luce» apre prospettive scientifiche e industriali di frontiera.
A fare… luce sul tempo è il libro «Laser-based measurements for time and frequency domain applications», edito da CRC Press-Taylor&Francis Group, di cui sono autori Paolo De Natale, Pasquale Maddaloni e Marco Bellini, rispettivamente Direttore e ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr).
“La misura del tempo si basa in realtà sulla frequenza, che è l’inverso del tempo”, spiega De Natale, “per molti secoli tale misura è avvenuta con strumenti meccanici, in particolare il pendolo, riconosciuto già da Galileo come un ottimo orologio, in cui la frequenza è stabilita dalle oscillazioni. Prima ancora la si misurava dal sorgere e tramontare quotidiano del sole. A partire dagli anni ’60 siamo arrivati agli attuali orologi atomici che, basati su atomi eccitati da un laser a luce visibile o ultravioletta, possono compiere anche un milione di miliardi di cicli in un solo secondo. In altre parole, la frequenza della luce laser assorbita dagli atomi ha sostituito quella di oscillazione di un pendolo o del sorgere e tramontare del sole”.
L’aumento enorme delle frequenze ha indotto un analogo progresso nella precisione della misura del tempo. Utilizzare frequenze più alte corrisponde infatti a suddividere il lasso di tempo da misurare in un numero maggiore di cicli di oscillazione dello strumento, riducendo così il margine di incertezza nel loro conteggio; un po’ come aumenta la precisione nella misura delle distanze utilizzando un righello con una suddivisione al millimetro invece del contachilometri. “Questo è un aspetto cruciale – afferma Maddaloni – Le tecniche di interrogazione degli atomi con il laser stanno consentendo misure incredibili, ad esempio la differenza tra lo scorrere del tempo tra la testa (più veloce) e i piedi di un uomo, legata agli effetti della relatività generale. I migliori orologi atomici oggi fluttuano di un secondo in un arco di tempo confrontabile all’età dell’universo, mentre i primi orologi a pendolo fluttuavano anche di 10 secondi in un giorno”.
Questa nuova opportunità promette inedite prospettive non soltanto di ricerca scientifica di frontiera ma anche nello sviluppo di processi industriali innovativi a tecnologia più avanzata, in settori quali l’aerospazio, le telecomunicazioni e i futuri calcolatori quantistici.