Come l’orologio al lutezio di Singapore è arrivato a 10⁻¹⁹

Per misurare il tempo con un orologio atomico non basta trovare una frequenza molto regolare. Bisogna anche stabilire quanto campi elettromagnetici, radiazione termica e altri fattori possano alterarla. È su questo controllo che si fonda il risultato del gruppo di Murray Barrett al Centre for Quantum Technologies di Singapore: un orologio ottico al lutezio con un’incertezza relativa di frequenza dichiarata vicina a 1 × 10⁻¹⁹. Nel lavoro pubblicato su Nature il 23 settembre 2026, il gruppo lo presenta come il valore più basso finora riportato per un orologio atomico ottico.306

Uno ione come riferimento, più misure per correggere le perturbazioni

L’orologio usa un solo ione carico di lutezio-176. Un laser interroga una sua transizione ottica a 848 nanometri, la cui frequenza costituisce il riferimento. La rapidità dell’oscillazione consente misure finissime, ma non rende la transizione immune alle condizioni dell’esperimento.72521

Una parte della soluzione era già nel programma di ricerca del gruppo nel 2015: la media iperfine. Invece di affidarsi alla misura di un unico stato interno dello ione, si combinano misure di stati correlati, così che alcuni spostamenti di frequenza dipendenti dallo stato si compensino. Il gruppo ha poi dimostrato questa tecnica, applicata mediante disaccoppiamento dinamico, in un orologio al lutezio con più ioni.29152

Altre perturbazioni hanno richiesto studi specifici. Nel 2019 i ricercatori hanno misurato e attenuato differenze di frequenza fra gli ioni di un orologio a tre ioni, comprese quelle legate al momento di quadrupolo elettrico. Sono stati studiati anche gli effetti della radiazione termica e dei gradienti di campo elettrico: il punto non è che il lutezio non risenta dell’ambiente, ma che tali effetti vadano quantificati e controllati.1821

Perché compaiono due numeri diversi

Il valore vicino a 1 × 10⁻¹⁹ indica l’incertezza relativa riportata per il riferimento dell’orologio. Il gruppo ha inoltre confrontato due orologi a singolo ione costruiti indipendentemente, ottenendo un’incertezza del confronto di 5,7 × 10⁻¹⁹. Quest’ultima misura verifica quanto concordino i due riferimenti: non è un altro modo di esprimere l’incertezza del singolo orologio.6524

Per confrontare riferimenti al lutezio, il gruppo ha impiegato la spettroscopia di correlazione, che riduce l’effetto del rumore del laser usato per interrogarli e aiuta a distinguere differenze di frequenza molto piccole. Da sola, però, non esclude che entrambi gli orologi condividano lo stesso errore sistematico. Nel resoconto della domanda si parla di un confronto durato 200 ore, ma gli estratti delle fonti fornite non permettono di verificarne autonomamente la durata né l’intero bilancio delle incertezze.2628

E la frase «meno di un secondo perso o guadagnato in oltre 260 miliardi di anni»? È un paragone matematico, non una prova protratta per quel tempo. Assumendo un errore relativo costante di 1 × 10⁻¹⁹, il calcolo dà circa un secondo in 317 miliardi di anni; con 1,2 × 10⁻¹⁹, circa 264 miliardi di anni. Il risultato dell’analogia dipende dunque dal valore utilizzato.64

Il secondo del futuro e il problema della quota

Un riferimento ottico così accurato potrebbe contribuire a una futura ridefinizione del secondo. Un risultato ottenuto in un solo laboratorio, però, non basta a dimostrare la riproducibilità fra laboratori né a decidere quale transizione atomica adottare come standard. Le fonti fornite non confermano una scadenza ufficiale per il cambiamento.3024

A questa scala conta anche dove si trova l’orologio. Vicino alla superficie terrestre, un dislivello di un millimetro corrisponde a uno scarto relativo di frequenza gravitazionale di circa 1,1 × 10⁻¹⁹. Per confrontare orologi in luoghi diversi occorre quindi conoscere la differenza di potenziale gravitazionale fra i siti. Una versione trasportabile dovrebbe inoltre conservare il controllo dello ione, del laser e delle perturbazioni ambientali, per poi dimostrare nuovamente la propria incertezza dopo lo spostamento.521