Ridefinire il tempo

Sono sempre stato dell’idea che un secondo duri esattamente un secondo. E non perché non ci avessi mai pensato. Un secondo è un secondo, e venire a sapere che un team di scienziati afferma qualcosa di diverso è un po’ irritante e mi rende confuso.

Proprio in questi giorni, durante la Conferenza sull’Ottica Laser ed Elettronica di San Jose, un gruppo di scienziati guidati dal dottor Stefan Droste e provenienti dall’Istituto Max Planck di ottica quantistica e dall’Istituto Federale di Fisica e Tecnica, entrambi in Germania, presenterà le recenti scoperte derivate dalla trasmissione di un esatto segnale orario a chilometri e chilometri di distanza, compiendo un enorme passo in avanti verso la ridefinizione della precisione del secondo come unità di misura del tempo.

Buon Dio, è una bella batosta. La sensazione che avvertite in questo momento è molto simile a quella che ho provato io durante l’intero processo di lettura e comprensione delle complesse risposte del dottor Droste alle mie—relativamente semplici—domande.
Gli scienziati lo fanno spesso, vero? Appena vi sembra di avere un solido appiglio a una faccenda primitiva, quelli fanno un paio di esperimenti con l’ottica quantistica e gli orologi atomici, spiegano il loro lavoro a una conferenza, e all’improvviso tutte le vostre certezze crollano, e vi ritrovate a comprare un nuovo orologio da polso.

Ma cosa è stato provato, esattamente? E prima di tutto, come si può cambiare la definizione del tempo? Citando il dottor Droste, il team di scienziati avrebbe studiato quanto efficacemente fosse possibile “trasferire una frequenza ottica da un punto A a un punto B.” Una frequenza ottica è simile alla frequenza delle onde elettromagnetiche visibili; il “quanto efficacemente” si riferisce alla stabilità e alla precisione con cui può essere trasmessa tale frequenza. Si tratta di un passo importante, afferma il dottor Droste, in quanto gli orologi ottici producono i segnali più stabili al mondo.

“Non stiamo mettendo in discussione la precisione del tempo,” continua Droste. “Sappiamo che è preciso solo fino a un certo punto. Il tempo, come lo conosciamo, si basa su orologi atomici al cesio. Questo tipo di orologi sono precisi nell’ordine di 1x1015. La fiducia nell’orario indicato dagli orologi è aumentata confrontando centinaia di orologi in tutto il mondo, dato che avendone a disposizione uno solo non è possibile sapere se l’orario indicato sia giusto o no.”

I moderni orologi al cesio contengono minuscoli cristalli di quarzo oscillanti in gradi di trasmettere “un segnale orario piuttosto preciso.” Al contrario, gli orologi atomici sono costruiti con atomi che si muovono e rimandano una frequenza meno agitata e molto stabile nella zona delle microonde. L’orologio ottico, punto cruciale di questo esperimento, è praticamente uguale agli orologi atomici, ma invece delle microonde, genera frequenze ottiche che posseggono frequenze da 50,000 a 100,000 volte più alte. Ah, ok. Ho capito. Quindi gli orologi funzionano così.

“La precisione è la proprietà di un orologio e pertanto non può mancare,” continua il dottor Droste. “Gli orologi più all’avanguardia raggiungono un grado d’incertezza del 1x1018. Questa è la precisione relativa, e da lì si può calcolare di quanti nanosecondi l’orologio sarà impreciso dopo un giorno, o di quanti secondi sarà impreciso dopo un milione di anni."

Lo scienziato puntualizza che gli orologi ottici sono ancora allo stato sperimentale e “non possono essere trasportati", sottolineando che l’idea alla base degli esperimenti era proprio quella di provare la capacità di ottenere frequenze stabili fuori dal laboratorio, testandone l'accuratezza sulla distanza.

Quindi, la risposta del dottor Droste alla domanda “Perché state ridefinendo il tempo?” è praticamente: “Per poter spostare un orologio.”