Il secondo È l’unità di misura più precisa che abbiamo, rispetto al chilogrammo, al metro o al Kelvin. Ma come fanno i nostri orologi a controllare il tempo?
Oggi il tempo viene misurato con orologi atomici in diverse parti del mondo, che insieme ci dicono che ore sono. Utilizzando le onde radio, gli orologi atomici Inviano costantemente segnali che si sincronizzano con i nostri computer, telefoni e orologi da polso in un mondo sempre più dipendente dalla precisione.
Come può lo studio pubblicato dal pronipote di Niels Bohr migliorare la precisione temporale?
Per rispondere alla necessità di precisione, un nuovo studio dell’Università di Copenaghen potrebbe rivoluzionare il modo in cui misuriamo il tempo. Lo studio, condotto dal dottor Eliot Bohr, pronipote del famoso fisico Niels Bohr, propone un metodo innovativo per misurare il tempo con maggiore precisione rispetto ai più moderni orologi atomici, aprendo la strada a una varietà di applicazioni che vanno dal GPS più accurato alle missioni spaziali più sicure.
Gli orologi atomici sono attualmente i dispositivi più accurati per misurare il tempo, utilizzando atomi di stronzio (Sr) o di cesio (Cs) che oscillano ad una velocità di milioni di volte al secondo. Tuttavia, la precisione di questi orologi È limitato dal riscaldamento degli atomi da parte dei laser utilizzato per leggere le oscillazioni, il che contribuisce alla scomparsa degli atomi e alla diminuzione della precisione complessiva.
Eliot Bohr spiega che gli atomi Hanno bisogno di essere costantemente sostituiti da nuovi atomi, che fa perdere un po’ di tempo all’orologio. Per superare questa sfida, stanno lavorando per migliorare gli attuali orologi atomici, ad esempio riutilizzando gli atomi Non è necessario sostituirli così frequentemente. Eliot Bohr ha condotto questa ricerca presso il Niels Bohr Institute ed è attualmente ricercatore presso l’Università del Colorado.
Proposta di un metodo innovativo basato sul fenomeno quantistico della “superradiazione”
Il Dr. Bohr e il suo team propongono quindi un metodo innovativo che utilizza un fenomeno quantistico chiamato “superradiazione” superare queste limitazioni in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Nature Communications. La “superradiazione” si verifica quando un gruppo di atomi si intrecciano e contemporaneamente emettono un forte segnale luminoso. Utilizzando specchi per amplificare questa luce, le oscillazioni degli atomi possono essere lette con maggiore precisione, senza bisogno di scaldarli eccessivamente.
Questa nuova tecnologia di “super-radiazioni” ha il potenziale per rivoluzionare vari settori che dipendono dalla precisione del tempo. Il GPS, ad esempio, potrebbe diventare ancora più preciso, consentendo una navigazione più affidabile ed efficiente. I viaggi spaziali trarrebbero vantaggio anche da orologi atomici più accurati, consentendo missioni ancora più sicure.
In effetti, gli atomi sì una temperatura di -273ºC, molto vicino allo zero assoluto, e due specchi con un campo di luce, che tra loro, Possono amplificare l’interazione degli atomi.
“Gli specchi creano gli atomi reagire come un’unità coesa e, insieme, emettono un intenso segnale luminoso che possiamo usare per leggere le loro oscillazioni con gli specchi e, così, misurare il tempo. Tutto ciò avviene senza surriscaldare gli atomi e, quindi, non abbiamo bisogno di sostituire gli atomi, che ha il potenziale per renderlo un metodo di misurazione più preciso”, spiega Eliot Bohr.
GPS, missioni spaziali ed eruzioni vulcaniche
Secondo Eliot Bohr il risultato più recente della ricerca può essere utile il sistema GPS ancora più preciso. I circa 30 satelliti che orbitano costantemente attorno alla Terra e ci dicono dove siamo, Hanno anche bisogno della misurazione del tempo mediante orologi atomici.
“Ogni volta che i satelliti determinano la posizione del tuo telefono o del GPS, all’interno del satellite viene utilizzato un orologio atomico. La precisione dell’orologio atomico è così importante che se si discosta di solo un microsecondo, potrebbe significare un’imprecisione di 100 metri. superficie della Terra”, spiega Eliot Bohr.
Inoltre, anche il monitoraggio vulcanico potrebbe essere migliorato con orologi atomici più precisi, che consentirebbe agli scienziati di rilevare e prevedere le eruzioni prima.
Impostazione dell’orologio: la missione della NASA per stabilire un fuso orario per la Luna
Una “super-radiazione” può aprire la strada a molte altre applicazioninon ancora immaginati, che si basano sulla misurazione precisa del tempo.
Riferimento alle notizie
Bohr, EA, Kristensen, SL, Hotter, C., Schäffer, SA, Robinson-Tait, J., Thomsen, JW, … & Müller, JH (2024). Lettura Ramsey collettivamente migliorata mediante transizione della cavità da sub a superradiante. Comunicazioni sulla natura, 15(1), 1084. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45420-x
