Svolta nel campo della misurazione del tempo, in particolare nella produzione degli orologi nucleari. Un team di ricercatori delle Università di Colorado Boulder (CU Bouder) e UCLA ha sviluppato una nuova tecnologia a base di film sottili di torio che permette di creare orologi nucleari 1000 volte meno radioattivi e decisamente più economici rispetto agli orologi atomici.
Orologi nucleari, vantaggi e limiti del futuro della misurazione
Per chi non li conoscesse, gli orologi nucleari sono dei dispositivi di misurazione sperimentali che si propongono come soluzione “pratica” agli orologi atomici, in uso presso centri di ricerca e laboratori.
Parliamo di una tecnologia che offre una precisione senza precedenti, poiché si fonda sulle transizioni energetiche che avvengono all’interno dei nuclei atomici, diversamente dagli orologi atomici tradizionali che si basano sulle transizioni elettroniche. Questo approccio innovativo rende gli orologi nucleari meno vulnerabili alle interferenze esterne, aumentando così la loro stabilità e la precisione del tempo misurato. Inoltre, sono potenzialmente più compatti e portatili: un vantaggio che ne favorisce l’adozione in diversi settori.
Tuttavia, uno degli ostacoli principali all’utilizzo di questi orologi è la materia prima richiesta: il torio-229. Questo isotopo, sebbene fondamentale per il funzionamento dell’orologio nucleare, è raro, costoso e altamente radioattivo. E tutto ciò limita la produzione e la sua accessibilità.
L’innovazione di CU Boulder e UCLA
Per affrontare il problema, un team di scienziati dell’Università del CU Boulder e dell’UCLA ha sviluppato una tecnica per creare orologi nucleari utilizzando film sottili di torio tetrafluoruro (ThF4). Grazie all’applicazione di questi film sottili, i ricercatori hanno notato che la radioattività dei dispositivi è scesa di 1000 volte rispetto all’uso del torio-229 puro, rendendo così la costruzione degli orologi nucleari più sicura ed economica.
Per produrre questi film sottili, i ricercatori hanno impiegato un processo chiamato “deposizione fisica da vapore” (physical vapor deposition, PVD), che permette di vaporizzare il torio tetrafluoruro in un’apposita camera per poi condensarlo su un substrato trasparente ai raggi ultravioletti. Attraverso questo processo, i ricercatori sono stati in grado di produrre film spessi appena 100 nanometri, che richiedono quantità minime di torio-229, nell’ordine dei microgrammi.
Il problema (risolto) delle transizioni energetiche
Tuttavia, precisa il sito specializzato Eurekalert, il team ha dovuto affrontare una nuova sfida: quella della gestione delle transizioni energetiche nei film sottili. I ricercatori hanno infatti notato che i film sottili producevano variazioni negli ambienti di torio, che possono influenzare le transizioni energetiche, riducendo la consistenza e l’affidabilità della misura.
Per affrontare questa sfida, il team ha impiegato una luce laser a spettro largo, la cui potenza ottica, concentrata su un intervallo preciso, si è rivelata fondamentale per eccitare i film di torio e innescare la transizione energetica.
Spieghiamo meglio: quando il laser fornisce l’energia adeguata, il torio emette fotoni. Questo è un chiaro segnale che la transizione è avvenuta correttamente e che il film sottile è pronto per essere utilizzato con successo negli orologi nucleari.
Implicazioni future e potenziali applicazioni
Questa innovazione non solo rende possibile la costruzione di orologi nucleari davvero indossabili, ma apre anche la porta a future applicazioni in ambito tecnologico e scientifico: dalla navigazione alle telecomunicazioni, fino all’indagine dei fenomeni fisici ancora sconosciuti.
Inoltre, il torio tetrafluoruro potrebbe essere utilizzato per esplorare fenomeni ottici quantistici e avanzare nel campo dell’elaborazione dell’informazione quantistica, con applicazioni potenzialmente rivoluzionarie per il futuro della tecnologia.
