Due strumenti sviluppati a Singapore aprono nuove prospettive per la misura del tempo, lo studio della gravità e la futura definizione del secondo. I risultati su Nature.
Due orologi ottici al lutezio, sviluppati alla National University of Singapore, hanno mostrato un accordo alla diciannovesima cifra. La ricerca, pubblicata il 23 settembre 2026 su Nature, rafforza le prospettive di riferimenti temporali sempre più accurati.
Come funziona un orologio ottico
Negli orologi atomici il riferimento è una transizione tra livelli energetici dell’atomo. Gli strumenti che oggi definiscono il secondo utilizzano il cesio e frequenze nelle microonde. Gli orologi ottici sfruttano invece frequenze molto più elevate: in termini intuitivi, consentono di suddividere il tempo con una scala più fitta.
Per tradurre queste oscillazioni rapidissime in segnali misurabili dall’elettronica si impiegano strumenti chiamati pettini di frequenza. È una delle tecnologie che hanno permesso agli orologi ottici di superare le prestazioni dei migliori riferimenti al cesio.
Nel dispositivo di Singapore, il riferimento è un singolo ione di lutezio-176, un atomo elettricamente carico, interrogato con un laser a 848 nanometri. Una caratteristica favorevole del sistema è la ridotta sensibilità ad alcune perturbazioni ambientali, che possono alterare la frequenza misurata.
Il risultato: distinguere la stima dalla verifica
I ricercatori riportano un’incertezza sistematica relativa di 1,2 × 10⁻¹⁹ per il primo strumento e 1,3 × 10⁻¹⁹ per il secondo. Il confronto, durato complessivamente 200 ore, ha mostrato un accordo entro un’incertezza statistica di 5,7 × 10⁻¹⁹.
La distinzione è essenziale: i primi valori derivano dalla valutazione delle possibili alterazioni della frequenza; il secondo esprime il livello raggiunto nella verifica sperimentale fra i due sistemi. L’accordo sostiene l’affidabilità delle valutazioni, entro la precisione del confronto. Gli apparati operano a temperatura ambiente.
I ricercatori e gli enti coinvolti
I primi autori, con contributo paritario, sono Kyle Arnold e Michael Lee. Il progetto è stato supervisionato da Murray Barrett, responsabile di ricerca al Centre for Quantum Technologies e professore associato della National University of Singapore.
Firmano il lavoro anche Qi Zhao, Qichen Qin, Zhao Zhang e N. Jayjong. Le affiliazioni comprendono il CQT, i Temasek Laboratories e il Department of Physics della stessa università.
Perché misurare meglio il tempo aiuta a studiare la Terra
Il legame passa dalla relatività generale: il ritmo di un orologio dipende dal potenziale gravitazionale del luogo in cui si trova. Vicino alla superficie terrestre, un orologio posto più in alto procede leggermente più velocemente di uno collocato più in basso.
Confrontare strumenti sufficientemente accurati permette quindi di ricavare informazioni sulla gravità e sulle differenze di quota. È il principio alla base della geodesia relativistica, un campo nel quale il tempo diventa anche uno strumento per misurare la Terra.
Gli orologi più avanzati consentono inoltre verifiche sempre più stringenti delle previsioni di Einstein. Il collegamento con la vita quotidiana esiste già: i sistemi di navigazione satellitare devono correggere gli effetti relativistici sui propri orologi per fornire posizioni affidabili. Portare fuori dai laboratori le nuove generazioni di strumenti potrebbe estendere ulteriormente queste possibilità.
Verso una nuova definizione del secondo
Il lavoro si inserisce nel percorso internazionale per aggiornare la definizione del secondo. Secondo il Bureau international des poids et mesures (BIPM), il 2030 rappresenta la prima data possibile per la ratifica, subordinata al rispetto dei criteri scientifici e tecnici concordati.
Tra le opzioni considerate figurano una singola transizione ottica oppure una combinazione di frequenze di diverse transizioni atomiche. La scelta richiede confronti affidabili, continuità con il riferimento attuale e la possibilità di rendere disponibile il nuovo standard agli utilizzatori.
Per il gruppo di Singapore, il prossimo obiettivo è miniaturizzare l’orologio e renderlo trasportabile, mantenendone l’accuratezza. È il passaggio necessario per facilitare nuovi confronti e sperimentare applicazioni sul campo.
La portata di questa ricerca si misura anche nella qualità della verifica: costruire un riferimento eccezionale acquista valore quando il risultato può essere confrontato, riprodotto e condiviso. È su questa base che una prestazione di laboratorio può diventare uno strumento utile alla comunità scientifica.
