Il Centre for Quantum Technologies della National University of Singapore ha misurato la frequenza di un ione di lutezio-176 con un'incertezza di 1×10⁻¹⁹, la più bassa mai riportata per un orologio atomico ottico. Il risultato, pubblicato il 23 settembre 2026 su Nature, corrisponde a un errore di un secondo in circa 260 miliardi di anni: quasi venti volte l'età dell'universo osservabile e circa sessanta volte il tempo intercorso dalla formazione delle più antiche zone di crosta terrestre risalenti a 4,33 miliardi di anni fa.
Come funziona il record del lutezio
Il gruppo guidato da Murray Barrett, professore associato di fisica alla NUS, usa un singolo ione carico di 176Lu+ controllato da un laser a 848 nanometri. La transizione atomica scelta è poco sensibile alle variazioni di temperatura e di campo magnetico, i due disturbi che sporcano le misure con itterbio, stronzio o alluminio. Il team ha inoltre sviluppato una tecnica chiamata hyperfine averaging che riduce ulteriormente questi effetti sistematici.
Per convalidare il record, i ricercatori hanno costruito due esemplari identici e li hanno confrontati per 200 ore con la correlation spectroscopy, ottenendo un accordo di 5,7×10⁻¹⁹. La duplicazione dello strumento risponde a un principio elementare: senza un secondo esemplare non si può verificare che il primo dica davvero il vero. Anche il comunicato ufficiale della National University of Singapore sull'orologio al lutezio insiste su questo punto.
La cronologia recente dei record
Cinque anni fa un orologio ottico raggiungeva 1,4×10⁻¹⁸ con un reticolo di itterbio al NIST. Nel luglio 2025 lo stesso istituto americano ha annunciato 5,5×10⁻¹⁹ con uno ione di alluminio, un miglioramento del 41% rispetto al reticolo di stronzio di JILA. All'inizio del 2026 un gruppo dell'Accademia Cinese delle Scienze ha spostato il limite a 4,4×10⁻¹⁹ con ioni di calcio.
Il salto di Singapore, 1,2×10⁻¹⁹ per il primo esemplare e 1,3×10⁻¹⁹ per il secondo, migliora quest'ultima cifra di quasi quattro volte. In sei anni la precisione di riferimento è passata da 14 a poco più di 1 unità sul diciannovesimo decimale: un balzo che sta ai record tradizionali della fisica come il tragitto di 4.126 km percorso in un anno dai licaoni dello Zambia sta alle distanze di locomozione animale documentate finora. Il lutezio ha anche un vantaggio pratico: funziona a temperatura ambiente e richiede solo laser disponibili in commercio, mentre gli altri record dipendono da criogenia e ottica di raffinatezza estrema.
La ridefinizione del secondo attesa nel 2030
Dal 1967 il secondo del Sistema Internazionale è calibrato su una transizione dell'atomo di cesio, la stessa che oggi tiene in fase reti telefoniche e satelliti GPS. Ma il cesio si ferma sedici decimali sotto la virgola, tre ordini di grandezza peggio di quello che sanno fare gli orologi ottici. Per questo la tabella di marcia BIPM per la ridefinizione del secondo prevede due appuntamenti: nel novembre 2026 la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure valuterà l'opzione da adottare, mentre nel 2030 arriverà la ratifica della nuova definizione.
Il criterio ufficiale chiede un miglioramento di accuratezza tra 10 e 100 volte rispetto al cesio e la continuità con la definizione attuale. Il lutezio di Singapore, l'alluminio del NIST e il calcio cinese sono i candidati in corsa, ma il gruppo di Barrett è oggi l'unico noto a puntare sul lutezio. Il salto di scala che questa transizione impone ricorda quello che oggi separa un cronometro da polso dagli orologi biologici individuali di ogni organo, leggibili direttamente dal sangue: cambia proprio la nozione di che cosa si sta misurando.
Il prossimo passo è uscire dal laboratorio
La precisione raggiunta introduce un problema pratico immediato: due orologi al livello di 10⁻¹⁹ percepiscono già la dilatazione gravitazionale prodotta da cinque millimetri di dislivello. Nella prova di Singapore i ricercatori hanno dovuto misurare la quota reciproca dei due ioni con una risoluzione inferiore al millimetro per non falsare il confronto. Il prossimo obiettivo del gruppo è compattare l'apparato in un sistema trasportabile: solo così si potranno confrontare direttamente i migliori laboratori del mondo senza dipendere da mappe del potenziale gravitazionale terrestre che oggi non hanno la precisione richiesta.
Domande frequenti
Che cos'è il record del lutezio e perché è importante?
Il record del lutezio si riferisce alla misurazione della frequenza di un ione di lutezio-176 con un'incertezza estremamente bassa, pari a 1×10⁻¹⁹. Questo rappresenta la più alta precisione mai raggiunta per un orologio atomico ottico, segnando un punto di riferimento nella misurazione del tempo.
Come funziona l'orologio atomico al lutezio sviluppato dalla National University of Singapore?
L'orologio utilizza un singolo ione di lutezio-176 controllato da un laser a 848 nanometri e una transizione atomica poco sensibile alle variazioni di temperatura e campo magnetico. Inoltre, applica una tecnica chiamata hyperfine averaging per ridurre al minimo gli effetti sistematici sulle misurazioni.
Quali sono i vantaggi pratici dell'orologio al lutezio rispetto ad altri orologi atomici?
L'orologio al lutezio funziona a temperatura ambiente e utilizza solo laser disponibili in commercio, a differenza di altri orologi che richiedono criogenia e dispositivi ottici molto sofisticati. Questo lo rende più pratico e potenzialmente più accessibile per applicazioni future.
Perché la ridefinizione del secondo è attesa e quali sono i candidati principali?
La ridefinizione del secondo è necessaria perché gli orologi al cesio, attualmente usati, sono meno precisi rispetto agli orologi ottici di nuova generazione. I principali candidati per la nuova definizione sono il lutezio di Singapore, l'alluminio del NIST e il calcio cinese.
Quali sono le sfide da affrontare per portare questa tecnologia fuori dal laboratorio?
Una delle principali sfide è la sensibilità degli orologi a variazioni di quota di pochi millimetri, che impone controlli estremamente precisi. Il prossimo obiettivo è creare un sistema compatto e trasportabile per confrontare direttamente gli orologi nei diversi laboratori del mondo.
Come si è evoluta la precisione degli orologi atomici negli ultimi anni?
Negli ultimi sei anni, la precisione degli orologi ottici è migliorata notevolmente, passando da 1,4×10⁻¹⁸ a poco più di 1×10⁻¹⁹. Questo progresso è stato reso possibile da nuovi materiali, come il lutezio, e da tecniche di misurazione sempre più avanzate.
