Nel mondo della fisica e della metrologia, la corsa alla costruzione di un orologio nucleare rappresenta una delle sfide tecnologiche più affascinanti del nostro tempo. A differenza degli attuali orologi atomici, che basano la loro incredibile precisione sulle transizioni degli elettroni negli strati esterni di un atomo, un orologio nucleare sfrutterebbe le transizioni all'interno del nucleo atomico stesso. Questo salto concettuale promette un livello di stabilità e accuratezza ancora maggiore, poiché il nucleo è molto più piccolo e schermato dalle perturbazioni esterne rispetto al guscio elettronico. L'elemento chiave per questo traguardo è un isotopo particolare, il torio-229, le cui proprietà uniche lo rendono il candidato ideale. Tuttavia, la sua rarità, il costo proibitivo e la sua natura radioattiva hanno reso lo sviluppo di questi dispositivi estremamente complesso e dispendioso, rallentando la ricerca globale.
In questo scenario, emerge una prospettiva inaspettata e di grande impatto. Un gruppo di fisici teorici del Weizmann Institute of Science, guidato dal professor Gilad Perez, ha proposto che non sia necessario attendere il completamento di un orologio nucleare funzionante per sfruttare le incredibili potenzialità del torio-229. I ricercatori hanno capito di avere tra le mani un'opportunità unica per affrontare uno dei più grandi misteri dell'universo: la materia oscura.
Secondo la loro ipotesi, pubblicata sulla rivista Physical Review X, è possibile utilizzare questo isotopo come un sensibilissimo rilevatore fin da subito. L'idea si fonda sulla natura ondulatoria della materia oscura, che, pur interagendo debolmente con la materia ordinaria, dovrebbe essere in grado di influenzare sottilmente le costanti fondamentali della natura.
Questa influenza, per quanto infinitesimale, potrebbe causare minuscole ma misurabili variazioni nella massa dei nuclei atomici e, di conseguenza, provocare degli spostamenti temporanei nel loro spettro di assorbimento energetico. "In un universo composto solo da materia visibile, le condizioni fisiche e lo spettro di assorbimento di qualsiasi materiale rimarrebbero costanti", spiega Perez. "Ma poiché la materia oscura ci circonda, la sua natura ondulatoria può cambiare sottilmente la massa dei nuclei atomici e causare spostamenti temporanei nel loro spettro di assorbimento".
I calcoli teorici del team suggeriscono che un esperimento basato sul torio-229 potrebbe rilevare l'effetto della materia oscura anche se la sua interazione fosse 100 milioni di volte più debole della forza di gravità. Wolfram Ratzinger, uno dei ricercatori, sottolinea che per riuscirci non basterà cercare variazioni in una singola frequenza di risonanza, ma sarà necessario analizzare le fluttuazioni sull'intero spettro.
Sebbene queste variazioni non siano ancora state osservate, il lavoro teorico ha posto le basi per poterle interpretare.
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