I fisici hanno recentemente svelato al pubblico l'orologio più accurato al mondo, il cui design unico si basa sulla speciale organizzazione degli atomi di stronzio nello spazio tridimensionale. Si è scoperto che questo dispositivo è utile non solo per misurare il tempo, ma anche per la ricerca della misteriosa materia oscura nelle profondità dello spazio.
Gli scienziati del laboratorio JILA di Boulder presso l'Università del Colorado hanno sviluppato un orologio atomico quantistico incredibilmente accurato basato su una struttura tridimensionale unica. Il progetto ha letteralmente stabilito un nuovo punto di riferimento per il fattore di qualità, una metrica che caratterizza l'accuratezza della misurazione. L'orologio forma gli atomi di stronzio in un cubo, che è 1000 volte più denso del precedente orologio unidimensionale. Per la prima volta, il design consente agli scienziati di utilizzare con successo il cosiddetto "gas quantistico" per questo scopo.
L'orologio più preciso al mondo
Un orologio atomico (altrimenti un orologio quantistico o molecolare) è un dispositivo per misurare il tempo, in cui, come processo periodico, non viene utilizzato un meccanismo al silicio, ma vibrazioni che si verificano a livello atomico e molecolare. Ad esempio, secondo il sistema SI internazionale, 1 secondo equivale a 9 192 631 770 periodi di radiazione elettromagnetica che si verifica durante la transizione tra due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesio 133.
In precedenza, ogni atomo in un orologio atomico era considerato una particella separata e quindi le interazioni tra gli atomi potevano causare imprecisioni nelle misurazioni effettuate. Tuttavia, il "sistema quantistico a molti corpi" utilizzato nel nuovo progetto organizza gli atomi secondo un certo schema, che consente loro di bloccare la loro interazione, indipendentemente dal numero di atomi che gli scienziati alla fine hanno introdotto nell'apparato. Uno stato della materia noto come gas di Fermi degenere (un gas composto da particelle di Fermi) consente la quantizzazione di tutti gli atomi nel sistema.
"L'aspetto più importante del potenziale di un orologio a gas quantistico è la sua capacità di aumentare il numero di atomi, che si traduce in un enorme aumento della stabilità", spiega il fisico Jun Yeh del National Institute of Standards and Technology (NIST), che ha lavorato al progetto. Secondo lui, l'umanità sta entrando in "un'era davvero eccitante in cui possiamo sottoporre la materia all'ingegneria quantistica per misurare quantità specifiche". Nei test di laboratorio, l'errore era di 3,5 x 10 quintilioni: questo è il primo orologio atomico a ottenere una precisione così impressionante.
Thomas O'Brian, capo della fisica quantistica e capo del progetto del NIST, afferma che "un orologio allo stronzio che utilizza un gas quantistico è un esempio lampante di tecnologie di" nuova rivoluzione quantistica ", a volte indicate come" quantum 2.0 ". È anche fiducioso che un tale approccio e lo sviluppo di tecnologie simili in futuro consentiranno l'uso di correlazioni quantistiche per un'ampia gamma di misurazioni e anche per tecnologie che non sono legate al tempo.
Video promozionale:
Tempo e spazio
L'orologio atomico, ad esempio, è ottimo per la ricerca sulla comprensione della materia oscura. I ricercatori hanno già suggerito che lo studio di piccoli errori nel funzionamento degli orologi atomici non seguirà altro che "sacche" di materia oscura nello spazio. Studi precedenti hanno dimostrato che un sistema di orologio atomico e persino un apparato così altamente sensibile possono registrare cambiamenti nella frequenza di vibrazione degli atomi e della radiazione laser se attraversano un'area di materia oscura. Considerando che il nuovo progetto è molto più stabile e accurato dei suoi predecessori, forse ci aiuterà a svelare uno dei misteri più interessanti dell'Universo.
Vasily Makarov
