Gli scienziati hanno inventato un nuovo orologio che tiene il tempo in modo più preciso di tutti quelli che sono venuti prima.

L'orologio è così preciso che non guadagnerà o perderà più di un secondo in 14 miliardi di anni, all'incirca l'età del cosmo. Il suo ticchettio è così stabile che varia solo dello 0,0000000000000000032 percento nel corso di un solo giorno.

Quel livello di precisione non è realmente necessario per quelli di noi che si affidano agli orologi per arrivare in tempo all'appuntamento di un dottore, o per sapere quando incontrarsi con gli amici.

Ma tenere il tempo è solo l'inizio. Questo nuovo orologio è così preciso che potrebbe essere usato per rilevare la materia oscura, misurare le onde gravitazionali che si propagano nell'universo, e determinare la forma esatta del campo gravitazionale terrestre con una precisione senza precedenti.

Infatti, questi orologi iper-accurati possono aiutare gli scienziati a sondare meglio i misteri del cosmo, hanno detto gli esperti.

"Si scopre che se si hanno tutte queste cifre di precisione per effettuare una misurazione, può darti un microscopio sul nostro stesso universo, " ha detto il fisico Andrew Ludlow del National Institute of Standards and Technology di Boulder, Colo. Ludlow ha guidato il lavoro che ha prodotto il nuovo orologio, che è stato descritto questa settimana sul giornale Natura .

Dagli anni Sessanta, il tempo è stato misurato dai cosiddetti orologi atomici che utilizzano come pendolo le oscillazioni naturali di un atomo di cesio. Pensalo come un orologio con una lancetta che ticchetta poco più di 9 miliardi di volte al secondo.

L'orologio a reticolo ottico sviluppato da Ludlow e dai suoi colleghi misura le oscillazioni molto più veloci di un atomo di itterbio. Il suo pendolo atomico oscilla di circa 10, 000 volte più veloce, a una velocità di 500 trilioni di volte al secondo.

"Il cesio è un bellissimo sistema atomico, ma abbiamo raggiunto i limiti fondamentali di quanto possa essere buono, "Ludlow ha detto. "L'itterbio può suddividere il tempo in intervalli molto più fini, migliorando la precisione con cui puoi misurarlo."

Gli orologi a reticolo ottico esistono da soli 15 anni, e sono ancora in fase di sviluppo, ha detto Ludlow. Gli scienziati continuano ad armeggiare con loro, aumentando gradualmente la loro precisione ad ogni nuova regolazione.

La maggior parte dei miglioramenti nell'ultima iterazione sono dovuti a un nuovo scudo termico che il gruppo di Ludlow ha sviluppato alcuni anni fa. Protegge gli atomi di itterbio dagli effetti del calore e dei campi elettrici, che possono interferire con le loro oscillazioni naturali.

"Vogliamo essere sicuri che quando misuriamo il ticchettio dell'atomo, stiamo misurando il tasso che Madre Natura gli ha dato, e che non sia perturbato o spostato a causa di un effetto ambientale, " Egli ha detto.

Con tante oscillazioni, l'orologio all'itterbio può rilevare i cambiamenti nel campo gravitazionale del nostro pianeta con una precisione senza precedenti, Ludlow e i suoi coautori hanno scritto su Nature.

Come prevede la teoria della relatività generale di Einstein, il tempo si sposta in modo diverso a seconda di dove ti trovi in ​​un campo gravitazionale.

Un orologio in cima a un'alta montagna, lontano dal centro della Terra, ticchetta un po' più velocemente di un orologio alla base di quella stessa montagna.

Non è un errore meccanico. Il tempo in realtà passa più veloce in cima a quella montagna.

La maggior parte degli orologi non è sufficientemente accurata per registrare quella differenza estremamente sottile. Dopotutto, tra 10 anni, due orologi che sono 1, A 000 metri di distanza l'altitudine sarà ridotta di soli 31 milionesimi di secondo.

Gli scienziati hanno già dimostrato che è possibile misurare le differenze nel campo gravitazionale terrestre confrontando la frequenza di tick di due orologi a reticolo ottico in luoghi diversi. Però, fino ad ora quelle stesse mappe gravitazionali potevano essere realizzate con la stessa precisione usando altre, tecniche più economiche.

Il nuovo orologio è in grado di rilevare i cambiamenti in appena 1 centimetro di elevazione, una misurazione molto più precisa di quanto fosse possibile in precedenza, ha detto Ludlow.

Inoltre, il suo team fa parte di una collaborazione internazionale che utilizza orologi ipersensibili per cercare di rilevare la materia oscura, la materia misteriosa che si pensa sia cinque volte più abbondante nell'universo della materia normale.

"Si sa molto poco della materia oscura, ma la maggior parte delle teorie prevede che interagirebbe con gli atomi in un modo che avrebbe un impatto sul ticchettio del nostro orologio, " Egli ha detto.

Il team sta anche sperimentando l'utilizzo degli orologi per cercare gli stessi tipi di onde gravitazionali osservate per la prima volta con l'osservatorio LIGO, confermando un aspetto importante della teoria della firma di Einstein.

Nonostante l'incredibile precisione del nuovo orologio, la squadra non ha ancora raggiunto il limite delle sue capacità. Altre modifiche sono già in corso.

"La performance è come niente che abbiamo mai visto prima, "Ludlow ha detto, "ma abbiamo già alcune idee su come vogliamo ricostruire le cose che potrebbero portare a miglioramenti ancora più significativi".

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