La teoria della relatività generale di Einstein sostiene che un corpo massiccio come la Terra curva lo spazio-tempo, facendo rallentare il tempo quando ci si avvicina all'oggetto, quindi una persona in cima a una montagna invecchia un po' più velocemente di qualcuno al livello del mare.

Gli scienziati statunitensi hanno ora confermato la teoria sulla scala più piccola di sempre, dimostrando che gli orologi ticchettano a velocità diverse se separati da frazioni di millimetro.

Jun Ye, del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dell'Università del Colorado Boulder, ha detto all'AFP che il loro nuovo orologio è "di gran lunga" il più preciso mai costruito e potrebbe aprire la strada a nuove scoperte nella meccanica quantistica, il regolamento per il mondo subatomico.

Ye e colleghi hanno pubblicato mercoledì le loro scoperte sulla prestigiosa rivista Nature , descrivendo i progressi ingegneristici che hanno permesso loro di costruire un dispositivo 50 volte più preciso dei migliori orologi atomici odierni.

Fu solo con l'invenzione degli orologi atomici, che tengono il tempo rilevando la transizione tra due stati energetici all'interno di un atomo esposto a una particolare frequenza, che gli scienziati poterono dimostrare la teoria di Albert Einstein del 1915.

I primi esperimenti includevano la sonda gravitazionale A del 1976, che coinvolgeva un veicolo spaziale a 6.000 miglia (10.000 chilometri) sopra la superficie terrestre e mostrava che un orologio di bordo era più veloce di un equivalente sulla Terra di un secondo ogni 73 anni.

Da allora, gli orologi sono diventati sempre più precisi, e quindi in grado di rilevare meglio gli effetti della relatività.

Nel 2010, gli scienziati del NIST hanno osservato che il tempo si muoveva a velocità diverse quando il loro orologio veniva spostato di 33 centimetri (poco più di un piede) più in alto.

Teoria del tutto

La svolta chiave di Ye è stata lavorare con reti di luce, note come reticoli ottici, per intrappolare gli atomi in modo ordinato. Questo serve per impedire agli atomi di cadere a causa della gravità o di muoversi in altro modo, con conseguente perdita di precisione.

All'interno del nuovo orologio di Ye ci sono 100.000 atomi di stronzio, sovrapposti l'uno sull'altro come una pila di frittelle, in totale circa un millimetro di altezza.

L'orologio è così preciso che quando gli scienziati hanno diviso la pila in due, hanno potuto rilevare differenze di tempo nella metà superiore e inferiore.

A questo livello di precisione, gli orologi agiscono essenzialmente come sensori.

"Spazio e tempo sono collegati", ha detto Ye. "E con una misurazione del tempo così precisa, puoi effettivamente vedere come lo spazio sta cambiando in tempo reale:la Terra è un corpo vivo e vivo."

Tali orologi sparsi su una regione vulcanicamente attiva potrebbero dire ai geologi la differenza tra roccia solida e lava, aiutando a prevedere le eruzioni.

Oppure, ad esempio, studia come il riscaldamento globale sta causando lo scioglimento dei ghiacciai e l'innalzamento degli oceani.

Ciò che eccita di più Ye, tuttavia, è il modo in cui gli orologi del futuro potrebbero inaugurare un regno della fisica completamente nuovo.

L'orologio attuale può rilevare differenze di tempo su 200 micron, ma se fosse ridotto a 20 micron, potrebbe iniziare a sondare il mondo quantistico, aiutando a colmare le disparità in teoria.

Sebbene la relatività spieghi magnificamente come si comportano oggetti grandi come pianeti e galassie, è notoriamente incompatibile con la meccanica quantistica, che si occupa del molto piccolo.

Secondo la teoria quantistica, ogni particella è anche un'onda e può occupare più posti contemporaneamente, cosa nota come sovrapposizione. Ma non è chiaro come un oggetto in due posti contemporaneamente distorcerebbe lo spazio-tempo, secondo la teoria di Einstein.

L'intersezione dei due campi, quindi, porterebbe la fisica un passo più vicino a una "teoria del tutto" unificante che spiega tutti i fenomeni fisici del cosmo.