Si chiama Luca Toscani De Col ed è il fisico italiano che guida il team dell'Università tecnica di Vienna che ha costruito uno dei primi orologi nucleari al mondo. La scoperta è uscita il 3 giugno 2026 su arXiv, accompagnata a pochi giorni di distanza da un lavoro indipendente dell'Università di Tsinghua: insieme, i due esperimenti spostano il riferimento del tempo dagli elettroni al cuore dell'atomo.
Come misura il tempo un orologio nucleare
Gli orologi atomici tradizionali contano i salti energetici degli elettroni quando un laser li stimola: il NIST-F4, il nuovo orologio al cesio degli Stati Uniti sbaglia di un secondo ogni 100 milioni di anni, gli orologi a reticolo ottico di stronzio scendono a un secondo ogni 15 miliardi di anni. Il nuovo dispositivo cambia bersaglio. Un laser ultravioletto a 148 nanometri illumina il nucleo di torio-229, l'unico in tutto il sistema periodico con una transizione energetica così bassa (8,4 elettronvolt) da essere raggiungibile con luce laser. I nuclei sono incapsulati in cristalli di fluoruro di calcio millimetrici tenuti a temperatura ambiente.
Stabilità 10⁻¹⁵ in un giorno, ancora dietro lo stronzio
Il team di Vienna ha agganciato il proprio laser alla transizione nucleare con un loop di retroazione continuo, raggiungendo un'instabilità di frequenza vicina a 10⁻¹⁵ dopo un giorno di funzionamento. Il gruppo di Pechino guidato da Beichen Huang ha invece coltivato due cristalli di torio in casa e ne ha confrontato il ticchettio: le frequenze coincidono a livello di 10⁻¹³, prova che il riferimento nucleare è riproducibile e non un capriccio di un singolo campione. Per capire la distanza dai migliori atomici, gli orologi a reticolo ottico di stronzio operano oggi sotto 10⁻¹⁸, mille volte più stabili. Il vantaggio promesso degli orologi nucleari non è la precisione raggiunta ieri, ma la robustezza: un nucleo è sepolto dietro la nuvola di elettroni che lo schermano da campi elettromagnetici, vibrazioni e variazioni di temperatura. Significa che lo stesso orologio dovrebbe funzionare in laboratorio e fuori, senza la gabbia di isolamento che richiedono gli orologi ottici. Per il team europeo la prova è arrivata confrontando l'orologio con un riferimento a ioni di itterbio già operativo a Vienna, per quello cinese contava replicare il segnale in cristalli prodotti indipendentemente, il primo argomento contro l'ipotesi di artefatti di laboratorio.
Materia oscura e costanti della natura, cosa si misura davvero
Il team austriaco non ha solo costruito il prototipo, lo ha già usato per cercare materia oscura ultraleggera, ottenendo una sensibilità paragonabile ai migliori orologi atomici. È la ragione per cui i fisici inseguono il torio-229 da venticinque anni. Una transizione che vive dentro il nucleo è circa diecimila volte più sensibile alle eventuali variazioni della costante di struttura fine, il parametro che regola la forza dell'interazione elettromagnetica nell'universo. Se quel numero cambia anche di una parte su 10¹⁷ all'anno, un orologio nucleare lo nota, uno elettronico no. La stessa logica vale per altri test del Modello Standard, per la geodesia relativistica e per le future generazioni di sistemi di navigazione satellitare. Il dibattito su quanto sia davvero rivoluzionaria una nuova piattaforma di calcolo quantistico ricorda quanto sia sottile la linea tra prototipo e applicazione: gli orologi nucleari, almeno, oggi ticchettano davvero.
La frequenza esatta della transizione del torio-229 era stata misurata con sufficiente precisione solo nel 2024 e meno di due anni dopo due gruppi indipendenti hanno chiuso il loop e prodotto orologi funzionanti. Il prossimo traguardo è raggiungere stabilità comparabili a quelle dello stronzio e usare la macchina come sonda di nuova fisica oltre il Modello Standard, con applicazioni che spaziano dai test di relatività alle future missioni di esplorazione lunare.
Domande frequenti
Che cos'è un orologio nucleare e in cosa si differenzia da un orologio atomico tradizionale?
Un orologio nucleare misura il tempo contando le transizioni energetiche all'interno del nucleo di un atomo, invece che sugli elettroni come negli orologi atomici tradizionali. Questo lo rende potenzialmente più robusto contro interferenze esterne come campi elettromagnetici e variazioni di temperatura.
Qual è il ruolo di Luca Toscani De Col nel progetto dell'orologio nucleare di Vienna?
Luca Toscani De Col è il fisico italiano che guida il team dell'Università tecnica di Vienna responsabile della costruzione di uno dei primi orologi nucleari autonomi al mondo.
Quali sono i principali vantaggi degli orologi nucleari rispetto agli orologi atomici a stronzio?
Gli orologi nucleari offrono maggiore robustezza e stabilità operativa, potendo funzionare senza le sofisticate gabbie di isolamento necessarie per gli orologi ottici a stronzio. Il nucleo atomico è infatti meglio schermato dagli effetti ambientali.
Perché il torio-229 è stato scelto come riferimento per l'orologio nucleare?
Il torio-229 possiede l'unica transizione energetica nucleare abbastanza bassa da poter essere raggiunta con luce laser, rendendolo l'elemento ideale per la realizzazione di orologi nucleari.
Quali applicazioni future sono previste per gli orologi nucleari?
Gli orologi nucleari potrebbero essere utilizzati per testare teorie fisiche avanzate, rilevare variazioni delle costanti fondamentali della natura, esplorare la materia oscura e migliorare la precisione dei sistemi di navigazione satellitare e della geodesia relativistica.
Quali risultati hanno ottenuto i team di Vienna e Tsinghua nei loro esperimenti?
Il team di Vienna ha raggiunto un'instabilità di frequenza di 10⁻¹⁵ in un giorno, mentre il gruppo di Tsinghua ha dimostrato la riproducibilità del segnale nucleare su cristalli distinti, confermando la solidità e il potenziale di questa nuova tecnologia.
