Dopo decenni di tentativi, i primi orologi nucleari al mondo hanno iniziato a funzionare. Un team di fisici ha dimostrato la fattibilità di un dispositivo che non si basa più sugli elettroni in orbita, come gli orologi atomici tradizionali, ma sulle transizioni energetiche all’interno del nucleo stesso. Gli orologi atomici al cesio o al rubidio sono già precisi, con un errore di un secondo ogni 300 milioni di anni. Ma il nucleo atomico è migliaia di volte più piccolo dell’orbita elettronica e molto meno sensibile alle interferenze esterne. Da qui l’idea, formulata negli anni ’70, di un “orologio nucleare”.
Il problema era trovare un nucleo con una transizione energetica abbastanza bassa da poter essere controllata con un laser. Il torio‑229 è l’unica eccezione nota: la sua transizione isomerica richiede appena 8,4 elettronvolt, nella gamma degli ultravioletti. Nel 2024, un team del JILA — istituto congiunto dell’Università del Colorado Boulder e del NIST — ha misurato la frequenza della transizione, permettendo di eccitare il nucleo con un laser UV. L’attuale dimostrazione utilizza nuclei di torio‑229 incorporati in un cristallo di fluoruro di calcio, trasparente alla lunghezza d’onda richiesta e capace di mantenere i nuclei in un reticolo rigido che riduce il rumore vibrazionale.
Il segnale emerge dall’oscillazione collettiva di migliaia di nuclei, migliorando la stabilità statistica. Tuttavia, il prototipo non supera ancora i migliori orologi atomici ottici. Miglioramenti nella purezza dei cristalli e nella larghezza di riga dei laser potrebbero portare a una precisione senza precedenti. Poiché il nucleo interagisce con le forze forte e debole, un orologio al torio‑229 è sensibile a variazioni delle costanti fondamentali dell’universo. Questo lo rende un candidato ideale per rilevare forme ultraleggere di materia oscura, che potrebbero causare minuscole oscillazioni periodiche nelle costanti fisiche mentre la Terra attraversa campi di materia oscura.
