La soglia che separa una misura spettroscopica da un orologio è il controllo dell’oscillatore. A giugno 2026 il segnale del torio-229 guida la frequenza in due architetture indipendenti. Phys.org conferma che entrambe hanno chiuso la retroazione sul nucleo.
Manoscritti: arXiv 2606.04997 per l’apparato europeo e 2606.08870 per quello cinese. Al 22 giugno 2026 entrambi hanno lo status di preprint.
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Il nucleo serve da riferimento di frequenza
L’espressione «alimentato da nuclei» descrive male la fisica dell’apparato. L’energia elettrica continua ad azionare laser ed elettronica di controllo. Il torio-229 svolge un compito diverso: offre una transizione quantistica la cui frequenza diventa il riferimento dell’orologio. Nessuna fissione sostiene il funzionamento e dentro il cristallo non esiste alcun microreattore.
Il torio-229 è radioattivo e il decadimento alfa non costituisce il ticchettio usato per il tempo. Il termine nucleare riguarda la sede del salto energetico. Negli orologi atomici la frequenza campione nasce dagli elettroni. Qui nasce fra due stati del nucleo. La radiazione VUV interroga quella separazione energetica e l’orologio conta l’oscillazione collegata alla transizione.
Nella classificazione metrologica rientra anche fra gli orologi ottici. L’aggettivo «nucleare» indica lo stato quantistico usato come campione e la frequenza cade nel dominio VUV.
Perché il torio-229 entra nel dominio dei laser
Quasi tutte le transizioni nucleari richiedono fotoni molto più energetici di quelli disponibili nei laser a banda stretta. Il torio-229 costituisce l’eccezione conosciuta: il suo isomero metastabile si trova a circa 8,4 elettronvolt e corrisponde a una lunghezza d’onda attorno a 148,4 nanometri nel vuoto. Tale coincidenza porta l’eccitazione del nucleo entro la portata di una sorgente VUV.
La lunghezza d’onda ricade nell’ultravioletto da vuoto, una banda assorbita dall’aria e difficile da trasmettere attraverso ottiche comuni. Gli apparati lavorano in camere evacuate con materiali adatti a 148 nanometri. Le sorgenti continue documentate tra il 2025 e il 2026 hanno reso praticabile l’aggancio rapido richiesto da un orologio.
L’anello che converte una riga in un orologio
Una riga spettroscopica diventa un orologio quando governa l’oscillatore. Il laser interroga il campione e l’assorbimento varia quando la frequenza attraversa la risonanza. L’elettronica converte la variazione in un comando che riporta il laser sul centro della riga. La sequenza continua fa del nucleo il riferimento a lungo termine dell’oscillatore.
Nei due prototipi la frequenza viene discriminata dalla radiazione trasmessa attraverso il cristallo. Tale scelta evita di attendere il decadimento fluorescente dell’isomero e accelera la correzione. ANSA registra la comparsa parallela dei due apparati. La fisica di base coincide e le architetture ottiche divergono.
Vienna corregge il laser per un giorno
Il gruppo coordinato da Luca Toscani De Col alla TU Wien incorpora torio-229 in un cristallo millimetrico di CaF2 mantenuto vicino alla temperatura ambiente. La catena ottica parte da 1187 nanometri e raggiunge 148 nanometri mediante tre raddoppi di frequenza. L’assorbimento nucleare viene rilevato con un fotomoltiplicatore e produce il comando di correzione.
Un pettine di frequenza porta la comparazione verso un orologio a singolo ione di itterbio Yb+ presso il BEV. Il collegamento corre su fibra ottica compensata per dieci chilometri. L’instabilità frazionaria segue la legge 3×10-12/√(τ/s) e si avvicina a 10-15 dopo un giorno di funzionamento continuo.
Il simbolo τ rappresenta il tempo di media. Per comprimere lo scarto di dieci volte occorre osservare cento volte più a lungo. L’andamento 1/√τ è quello atteso quando il conteggio statistico dei fotoni domina la serie.
Tale numero misura la dispersione della frequenza nel corso della media e non certifica lo scarto sistematico assoluto del nuovo orologio. Confondere le due grandezze gonfierebbe la portata dell’esito. Science News segnala la stessa gerarchia: i prototipi nucleari non superano ancora i migliori orologi atomici.
La piattaforma cinese mette alla prova due cristalli
La collaborazione guidata da Beichen Huang e Shiqian Ding usa una sorgente VUV continua a 148,4 nanometri ottenuta con mescolamento a quattro onde in vapore di cadmio. La potenza dichiarata raggiunge 10 microwatt. Un fototubo misura la corrente prodotta dalla radiazione trasmessa e la demodulazione ricava il comando che riporta la frequenza sulla riga del torio.
Il prototipo raggiunge un’instabilità frazionaria di 2×10-12/√(τ/s). La comparazione fra i cristalli S1 e TS1, cresciuti separatamente, mostra uno scarto frazionario di 2,8×10-13 con incertezza di 0,6×10-13, pari a 558 ± 131 hertz. La misura quantifica l’eventualità associata alla via cristallina: la crescita del reticolo potrebbe spostare la risonanza in misura diversa in ogni campione.
Il confronto separa la riproducibilità del campione dalla stabilità del laser. I cristalli provengono da processi di crescita diversi. L’accordo osservato limita l’entità degli spostamenti non controllati fra un pezzo e l’altro. Il bilancio assoluto delle perturbazioni resta da costruire.
Il cristallo amplifica il segnale e introduce scarti propri
Un orologio ionico lavora con pochi atomi sospesi nel vuoto. Il CaF2 ospita invece un insieme macroscopico di nuclei nel volume di pochi millimetri. Il numero elevato aumenta l’assorbimento e abbrevia l’intervallo usato per stimare il centro della riga. Il prezzo è l’interazione con il reticolo.
La temperatura sposta la transizione. Anche tensioni meccaniche e siti di difetto possono allargarla. La protezione offerta dal nucleo contro molti campi esterni resta valida e il cristallo aggiunge proprie perturbazioni da misurare.
Un articolo pubblicato su Nature nel 2026 ha individuato a 196 ± 5 kelvin la zona dove la dipendenza termica di primo ordine si annulla. Fra due cristalli drogati in modo diverso ha misurato una riproducibilità di 220 hertz, pari a 1,1×10-13, lungo sette mesi. Il prototipo cinese porta quella conoscenza dentro un anello attivo e mostra che la crescita del campione entra nella metrologia dell’orologio.
Il cesio e gli orologi ottici restano davanti
Il BIPM mantiene il cesio-133 alla base della definizione del secondo: la frequenza iperfine assegnata vale esattamente 9.192.631.770 hertz. Gli orologi ottici a ioni o reticoli atomici hanno già superato 10-18 per l’incertezza frazionaria. La rassegna 2026 pubblicata da Optica colloca tali apparati nella fascia che prepara una futura ridefinizione del secondo.
I prototipi al torio presentati a giugno 2026 non raggiungono quella fascia. L’avanzamento riguarda la chiusura del controllo sul nucleo. Prima della competizione sul tempo assoluto servono misure estese degli spostamenti introdotti dal cristallo. La riga scelta dovrà poi mantenere la stessa frequenza fra apparati indipendenti.
Instabilità e incertezza sistematica misurano aspetti diversi. La prima quantifica quanto oscilla la frequenza durante una serie. La seconda quantifica quanto le perturbazioni conosciute deviano la frequenza centrale. Il lavoro europeo misura la prima fino a un giorno e non chiude ancora la seconda.
Un orologio già impiegato nella ricerca di materia oscura
Il gruppo europeo ha impiegato le 24 ore di funzionamento per cercare oscillazioni periodiche o derive lente della transizione. La finestra copre tempi compresi fra 20 secondi e un giorno. Non è comparso un segnale attribuibile a materia oscura ultraleggera.
Il nucleo del torio-229 dipende dalla forza forte e dall’interazione elettromagnetica in modo diverso da una transizione elettronica. Una comparazione fra orologio nucleare e orologio atomico cerca variazioni relative che una sola famiglia di riferimenti lascerebbe meno esposte. Il preprint europeo restringe già alcuni accoppiamenti ipotetici con fotoni e quark.
Le campagne seguite da Sbircia la Notizia sull’LHC verso HiLumi sondano energie elevate. Il torio lavora all’estremo opposto e cerca deviazioni minute attraverso la frequenza.
Dal tempo alla geodesia resta molta ingegneria
Un riferimento nucleare in cristallo potrebbe richiedere meno volume di molte architetture atomiche ottiche. La miniaturizzazione resta una direzione progettuale. I tavoli descritti nei preprint richiedono ancora infrastrutture da metrologia avanzata. Le sorgenti VUV a 148 nanometri impiegano conversioni non lineari e camere evacuate.
Navigazione autonoma e sincronizzazione di reti figurano fra le applicazioni spesso citate. La geodesia relativistica sul campo richiederebbe una portabilità che questi prototipi non possiedono ancora. Servono anche comparazioni fra unità lontane per separare la risposta gravitazionale dagli scarti del cristallo.
Le tecnologie quantistiche discusse a Parigi mostrano lo stesso passaggio dalle prove fisiche a una produzione industriale. Nel caso del torio la sorgente VUV e la crescita controllata del CaF2 sono oggi i due colli di bottiglia.
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Junior Cristarella
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