Un nuovo orologio al lutezio costruito all'Università nazionale di Singapore perderebbe un secondo in oltre 260 miliardi di anni, quattro volte più preciso del precedente detentore del record. Il risultato, pubblicato su Nature, arriva a poche settimane dal voto che a Versailles aprirà la gara per ridefinire il secondo.
Un ione in trappola, laser da catalogo e nessuna camera fredda
Il dispositivo del Centre for Quantum Technologies guidato da Murray Barrett è frutto di oltre dieci anni di lavoro e si basa su una proprietà del lutezio-176: la frequenza del laser a 848 nanometri che fa saltare un elettrone a uno stato eccitato. Osservando continuamente il singolo ione intrappolato nel vuoto, i ricercatori hanno sincronizzato il laser sulla transizione esatta e hanno usato le sue oscillazioni come scansione del tempo.
La precisione dichiarata è di 1×10⁻¹⁹, misurata confrontando due orologi gemelli al lutezio: i segnali sono risultati identici fino alla diciannovesima cifra decimale, il confronto più preciso mai realizzato tra orologi atomici.
Che si parli di orologi biologici dentro le cellule o di orologi atomici in laboratorio, la precisione nasce dalla stessa condizione: isolare il sistema da ciò che lo disturba. Il vantaggio del lutezio sui concorrenti è esattamente questo: è molto meno sensibile alle fluttuazioni di temperatura e ai campi magnetici rispetto all'itterbio e allo stronzio, lavora a temperatura ambiente con oscillazioni fino a cinque gradi e usa esclusivamente laser disponibili in commercio. L'eccezione tipica degli orologi ottici (camere raffreddate al millesimo di grado e laser personalizzati) qui non serve.
Tre atomi in corsa, un voto a Versailles e la scadenza del 2030
Il record di Singapore cade nel momento peggiore per i concorrenti e nel migliore per il calendario della metrologia mondiale. L'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure ha fissato una roadmap in due tappe: alla 28ª Conferenza generale, in programma a Versailles nel novembre 2026, i delegati scelgono la specie atomica preferita per la futura definizione del secondo; alla 29ª Conferenza del 2030 il nuovo standard viene ratificato e sostituisce il cesio che regola il tempo dal 1967.
I candidati principali sono tre: il lutezio di Singapore con la sua incertezza di 1×10⁻¹⁹, l'alluminio del National Institute of Standards and Technology statunitense e il calcio dell'Accademia cinese delle scienze, uno dei poli di una ricerca pubblica cinese sempre più vicina alle imprese sotto sanzione americana che negli ultimi anni spinge sull'alta tecnologia. Il cesio attualmente in uso, basato su una transizione a microonde, è circa cento volte meno preciso dei migliori orologi ottici.
La posta non è solo scientifica. Chi vince impone la specie, i protocolli di taratura e, di fatto, il laboratorio di riferimento mondiale per i prossimi decenni. Dal segnale che discende da quel laboratorio dipendono GPS e Galileo, i protocolli di trading ad alta frequenza, la sincronizzazione dei data center e la crittografia quantistica, tutti sistemi che fondano la propria affidabilità su scarti di tempo misurati in miliardesimi di secondo o meno.
L'itterbio di Torino, 190 volte più lontano dal record
L'Italia partecipa alla gara con un orologio ottico all'itterbio sviluppato dall'Istituto nazionale di ricerca metrologica di Torino (INRIM). L'IT-Yb1 ha un'incertezza sistematica dichiarata di 1,9×10⁻¹⁷: significa che l'orologio al lutezio di Singapore è circa 190 volte più preciso.
Il divario non esclude l'INRIM dal tavolo. La proposta che il BIPM porterà al voto non punta su una singola specie ma su un insieme di orologi ottici candidati come rappresentazioni secondarie del secondo, e l'itterbio è già formalmente riconosciuto in quella lista. La rete europea coordinata dallo stesso istituto di Torino ha ultimato nel 2025 un confronto simultaneo tra dieci orologi di sei paesi, con 38 comparazioni incrociate: il materiale metrologico che l'Europa porterà a Versailles.
Resta che la specie primaria, quella che darà il nome alla nuova definizione, sarà con alta probabilità scelta tra lutezio, alluminio e calcio. Nessuno dei tre laboratori che le hanno sviluppate si trova in Europa. Lo scenario ricorda altre arene scientifiche in cui l'Italia resta nel gruppo di testa senza dettare il passo, come nel caso del confronto tra lo sciame italiano Venus e il record cinese dei 116 droni sottomarini.
Il voto di novembre non cambierà la vita quotidiana: restano i secondi, i minuti, le ore. Ma stabilirà da quale laboratorio del mondo passeranno, dal 2030, le tarature su cui si fondano navigazione satellitare, reti elettriche e crittografia.
Domande frequenti
Cosa rende l'orologio al lutezio di Singapore più preciso rispetto ai precedenti?
L'orologio al lutezio di Singapore è meno sensibile alle variazioni di temperatura e ai campi magnetici rispetto ai concorrenti, funziona a temperatura ambiente e utilizza laser commerciali, permettendo una precisione senza precedenti.
Quali sono le principali specie atomiche candidate per la nuova definizione del secondo?
Le tre principali specie atomiche candidate sono il lutezio (Singapore), l'alluminio (USA) e il calcio (Cina), che presentano livelli di precisione superiori agli orologi al cesio attualmente in uso.
Qual è il ruolo dell'Italia nella corsa per ridefinire il secondo?
L'Italia partecipa con un orologio ottico all'itterbio sviluppato dall'INRIM di Torino, riconosciuto come rappresentazione secondaria del secondo e coinvolto in confronti metrologici europei, anche se meno preciso rispetto ai principali contendenti.
Quando sarà presa la decisione sulla nuova definizione del secondo e cosa comporterà?
La decisione verrà presa alla Conferenza generale di Versailles nel novembre 2026, mentre la ratifica avverrà nel 2030; la nuova definizione stabilirà la specie atomica e il laboratorio di riferimento mondiale per le tarature temporali.
Quali sono le applicazioni pratiche della precisione degli orologi atomici?
La precisione degli orologi atomici è fondamentale per sistemi come GPS e Galileo, trading ad alta frequenza, sincronizzazione dei data center e crittografia quantistica, che dipendono da misurazioni temporali estremamente accurate.
