Un nucleo atomico di torio potrebbe essere la chiave per un orologio nucleare più preciso

Sep 15, 2023

Titolo: Un nucleo atomico di torio potrebbe essere la chiave per un orologio nucleare più preciso

I ricercatori hanno scoperto che uno specifico isotopo del torio potrebbe potenzialmente costituire la base per il primo orologio nucleare, secondo un rapporto pubblicato nel numero del 25 maggio di Nature. Il nucleo di torio potrebbe fornire un nuovo metodo per tenere il tempo, superando la precisione degli orologi atomici esistenti. La nuova ricerca condotta da Sandro Kraemer della KU Leuven in Belgio e dal suo team ha misurato accuratamente l'energia rilasciata durante il decadimento del nucleo di torio, lanciando la possibilità di costruire un orologio nucleare.

Gli attuali orologi atomici si basano sulle oscillazioni della luce avviate dagli elettroni che circondano un atomo. Gli orologi atomici sono già molto precisi e vengono utilizzati nei satelliti GPS e negli esperimenti per testare le leggi fondamentali della fisica. Un orologio nucleare, tuttavia, si baserebbe sui salti di energia compiuti dal nucleo di un atomo, che alcuni scienziati ritengono potrebbero essere ancora più precisi degli orologi atomici.

La maggior parte dei nuclei atomici hanno livelli energetici troppo distanti tra loro perché gli scienziati possano avviare il salto con un laser, una necessità per costruire un orologio. Tuttavia, il torio-229, un isotopo dell'elemento, ha livelli energetici insolitamente vicini tra loro. I ricercatori non erano stati in grado di avviare il salto energetico con un laser, poiché il divario energetico tra i livelli non era noto con precisione.

Kraemer e i suoi colleghi hanno misurato l'energia rilasciata quando i nuclei del torio-229 decadevano, saltando giù di energia dal suo stato energetico più elevato. Gli scienziati dovevano portare il torio-229 in questo stato ad alta energia, un isomero. Il team ha utilizzato un raggio radioattivo presso la struttura ISOLDE del CERN, incorporando l'attinio-229 in cristalli di fluoruro di calcio e fluoruro di magnesio. L'attinio-229 è decaduto, producendo l'isomero del torio-229. L’inclusione del torio-229 nei cristalli ha soppresso il decadimento difficile da misurare, rendendo più evidente il decadimento del singolo fotone.

Secondo il fisico quantistico Simon Stellmer dell’Università di Bonn, questa nuova ricerca rappresenta una pietra miliare nella creazione del primo orologio nucleare. I fisici stanno ora lavorando per utilizzare un laser per fare il passo successivo in quella direzione.

Un orologio nucleare potrebbe fornire nuove prospettive sui fenomeni fisici, rivelando sottili variazioni nelle costanti fondamentali della natura. Inoltre, un orologio nucleare potrebbe essere più stabile ed effettuare misurazioni più velocemente degli orologi atomici. Secondo Kraemer, a differenza degli orologi atomici, che richiedono la sospensione degli atomi all'interno di una camera a vuoto, gli orologi nucleari potrebbero essere realizzati con nuclei all'interno di un materiale solido.