Orologi nucleari, svolta storica: quello cinese è sei volte più stabile del rivale europeo
Due gruppi di ricercatori, uno in Cina e l’altro in Austria, hanno realizzato i primi orologi nucleari operativi basati sul torio-229. I risultati, pubblicati sulla rivista scientifica Nature il 7 ottobre 2026, segnano un passo importante nella misurazione del tempo. Il prototipo dell’Università Tsinghua di Pechino ha mostrato una stabilità circa sei volte superiore rispetto a quello sviluppato presso la Technische Universität Wien, a Vienna. Il confronto, però, riguarda questi due dispositivi sperimentali: nessuno dei due ha ancora battuto i migliori orologi atomici ottici disponibili.
Come funzionano gli orologi nucleari al torio-229
Gli orologi atomici tradizionali misurano il tempo osservando le transizioni energetiche degli elettroni all’interno degli atomi. I nuovi dispositivi compiono un passo ulteriore: utilizzano una transizione energetica del nucleo atomico, la parte centrale dell’atomo.
L’elemento chiave è il torio-229, un isotopo che possiede due stati energetici nucleari insolitamente vicini. Questa caratteristica permette di stimolare la transizione con un laser, un’operazione normalmente molto difficile per i nuclei atomici.
In entrambi gli esperimenti i nuclei di torio-229 sono incorporati in cristalli di fluoruro di calcio. Il laser interagisce con i nuclei e la sua frequenza viene utilizzata come riferimento per scandire il tempo. Poiché il nucleo è molto più piccolo dell’atomo ed è relativamente protetto dalle perturbazioni esterne, questo approccio potrebbe un giorno garantire una precisione straordinaria.
Cina contro Austria: perché il prototipo di Pechino è più stabile
I due laboratori hanno raggiunto il traguardo in modo indipendente, scegliendo soluzioni sperimentali differenti. Il gruppo cinese, guidato da ricercatori della Tsinghua University, ha puntato su un sistema laser più potente. Gli scienziati austriaci hanno invece sfruttato cristalli di torio particolarmente raffinati e un meccanismo di regolazione della frequenza.
Dai risultati iniziali emerge che l’orologio cinese è circa sei volte più stabile di quello viennese. La maggiore stabilità indica che la frequenza di riferimento oscilla meno durante le misurazioni: non significa, tuttavia, che l’orologio cinese sia già il più preciso del mondo.
Il team di Pechino ha inoltre dimostrato che due cristalli prodotti separatamente possono fornire riferimenti temporali coerenti. È un risultato rilevante per la futura riproducibilità dei dispositivi, perché un orologio destinato all’uso pratico deve poter essere costruito senza dipendere da un unico campione sperimentale.
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A Vienna un orologio capace di regolarsi da solo per oltre 24 ore
Il gruppo austriaco ha raggiunto un altro risultato fondamentale: il suo orologio nucleare può stabilizzare automaticamente la frequenza del laser. Quando la frequenza si allontana dal valore corretto, il sistema rileva il cambiamento nell’assorbimento della luce da parte dei nuclei e corregge il laser.
I ricercatori della TU Wien hanno mostrato che il dispositivo può funzionare per oltre 24 ore senza interventi. La stabilità misurata è dell’ordine di 10 alla meno 15, un livello che corrisponde, come ordine di grandezza, a uno scarto di circa un secondo in 30 milioni di anni.
Si tratta di una prestazione notevole per un primo prototipo autonomo, ma gli scienziati sottolineano che gli orologi atomici ottici più avanzati restano superiori. Per migliorare ulteriormente serviranno laser più stabili e cristalli di qualità ancora maggiore.
Dalla navigazione satellitare alla ricerca della materia oscura
Una misurazione del tempo più stabile potrebbe avere applicazioni in navigazione satellitare, sincronizzazione delle reti di comunicazione, geodesia e metrologia. Piccolissime differenze nella misura del tempo possono infatti influire sul funzionamento dei sistemi che richiedono una sincronizzazione estremamente accurata.
Gli orologi nucleari offrono anche una nuova strada per studiare le leggi fondamentali della fisica. Il gruppo di Vienna ha già impiegato il proprio sistema in una ricerca di possibili segnali associati alla materia oscura, senza rilevarne evidenze nell’esperimento effettuato.
Il risultato più importante è quindi la dimostrazione che gli orologi nucleari non sono più soltanto un’idea teorica. I due prototipi mostrano approcci differenti e complementari, e la combinazione delle tecnologie potrebbe accelerare i progressi. Prima di vedere questi dispositivi impiegati su larga scala, però, saranno necessari ulteriori miglioramenti e verifiche sperimentali.
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