I primi orologi nucleari funzionanti sono finalmente realtà. A riuscire nell'impresa, dopo oltre 20 anni di ricerche, sono stati due team di ricerca internazionali, uno in Europa e uno in Cina, che hanno appunto realizzato questi innovativi dispositivi che si basano sulle fluttuazioni di energia del nucleo di un atomo per misurare il tempo, anziché quelle dei suoi elettroni, come fanno gli attuali orologi atomici per definire la durata di un secondo. I due nuovi studi, che dimostrano come questi prototipi di orologi nucleari siano più stabili e possano essere usati per la ricerca di una nuova fisica, sono stati pubblicati sul server di preprint arXiv.Scandire il tempoCome racconta Nature, tutti gli orologi hanno bisogno di un'oscillazione stabile per scandire il tempo, proprio come succede in un comune orologio a pendolo. Negli orologi atomici, quest'oscillazione è data dagli elettroni che saltano tra diversi livelli energetici quando vengono colpiti da una luce laser, la cui frequenza per innescare questi cambiamenti di stato viene usata per misurare il tempo. Un orologio nucleare, invece, si basa su una strategia diversa: scandisce il tempo portando i protoni e i neutroni all'interno del nucleo degli atomi di torio-229 a uno stato energetico superiore. In particolare, il torio ha una proprietà speciale in quanto, a differenza della maggior parte degli elementi, possiede livelli energetici stabili così vicini tra loro che anche una semplice luce ultravioletta può innescare il cambiamento.I nuovi orologi nucleariSolamente nel 2024, tuttavia, è stata osservata per la prima volta la transizione nucleare all'interno di un cristallo contenente trilioni di atomi di torio-229 e, poco dopo, è stata determinata con precisione la frequenza. L'unico problema da risolvere per far funzionare gli orologi nucleari, ricorda Nature, era quello di sincronizzare la frequenza del laser e impedire che la velocità di oscillazione dell'orologio variasse nel tempo. Ed è proprio quello che sono riusciti a fare i due team di ricerca, monitorando la quantità di luce laser assorbita dagli atomi di torio-229. In sostanza, quando il laser si trova nella frequenza corretta, l'intensità del segnale luminoso diminuisce perché i nuclei assorbono i fotoni. Ma se la frequenza varia, "si vede il segnale riemergere e si può immediatamente correggere l'errore", ha raccontato a Nature Thorsten Schumm, co-autore dello studio europeo.Una nuova fisicaSebbene i due gruppi si siano serviti di metodi differenti, hanno raggiunto risultati simili: i loro orologi nucleari hanno funzionato in modo affidabile, con una deriva giornaliera equivalente a circa un secondo ogni 3 milioni di anni. Nonostante siano ancora lontani dalle prestazioni degli orologi atomici, che accumulano un errore di un secondo ogni 40 miliardi di anni, i nuovi dispositivi funzionano davvero e in futuro potrebbero essere più compatti, robusti e facili da utilizzare in diversi ambiti, dai sistemi di navigazione satellitare alle telecomunicazioni e agli strumenti scientifici da usare nello Spazio o in ambienti estremi e, infine, per esplorare fenomeni fisici ancora sconosciuti, come la materia oscura.