IL SECONDO DENTRO L’ATOMO:
OROLOGI ATOMICI,
LASER, ATOMI ULTRAFREDDI
E LA MISURA DEL TEMPO
Davide Calonico
Divisione di OTTICA
INRIM - ISTITUTO NAZIONALE DI RICERCA METROLOGICA
[email protected]
1
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Sommario
La metrologia (di tempo e frequenza)
Orologi atomici
Atomi e Raffreddamento laser
I laser diventano orologi
Relatività generale e orologi
Le costanti sono costanti?
Il tempo sulla fibra ottica
2
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Metrologia: cui prodest ?
“When you can measure what you are
speaking about, and express it in
numbers, you know something about it;
but when you cannot express it in
numbers, your knowledge is of a meagre
and unsatisfactory kind. It may be the
beginning of knowledge, but you have
scarcely, in your thoughts, advanced to
the stage of science.”
Lord Kelvin
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Metrologia: cui prodest ?
“Accurate measurement is at the heart of
physics, and in my experience new physics
begins at the next decimal place.“
Steve Chu, Nobel Laureate, 1997
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
… next decimal place:
riducendo l’incertezza!
La metrologia è (anche) la disciplina che
studia le tecniche teoriche sperimentali e
statistiche per quantificare e ridurre
l’incertezza di misura
Ma c’è dell’altro…
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
La metrologia primaria
Per misurare occorre avere un’ UNITA’ CAMPIONE
Questo comporta un processo scientifico (e tecnologico) che chiameremo
METROLOGIA PRIMARIA e che sintetizziamo nei seguenti passi:
DEFINIZIONE
REALIZZAZIONE
MANTENIMENTO
DISSEMINAZIONE
ogni fase porta con sé una propria specifica incertezza, ovviamente da
quantificare!
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
La convenzione del metro
Trattato Diplomatico
CONVENZIONE DEL METRO, Parigi 1875
ITALIA: CO-FONDATRICE
Organo Politico
(Governi Stati Membri)
CGPM: CONFERENZA GENERALE DEI PESI
E DELLE MISURE, ogni 4 anni, delegati degli
stati membri
Organo Tecnico (eletto
dall’Organo Politico)
CIPM: COMITATO INTERNAZIONALE DEI
PESI E DELLE MISURE, 18 membri, incontri
annuali, supervisione tecnica e del BIPM
Organo Scientifico
BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET
DES MESURES (BIPM),
ISTITUTI
NAZIONALI
DI METROLOGIA
ITALIA: INRiM a Torino
Lunghezza:
metro
[m]
Massa:
kilogrammo [ kg ]
Tempo:
secondo
[s]
Corrente elettrica ampère
[A]
Temperatura t.
kelvin
[K]
Quantità di sost.
mole
[ mol ]
Intensità lum.
candela
[ cd ]
Il secondo : definizione
(la metrologia non è una scienza statica)
• Tempo solare medio (fino al 1960)
Il secondo è la frazione 1 / 86 400
del giorno solare medio
• Tempo delle Effemeridi (dal 1960 al 1967)
Il secondo è la frazione 1 / 31 556 925,9747
dell’anno tropico relativo al giorno
1 gennaio 1900 alle ore 12 UT
• Tempo atomico (dal 1967)
ll secondo è la durata di 9 192 631 770
periodi della radiazione corrispondente
alla transizione tra i due livelli iperfini
dello stato fondamentale dell’atomo
di cesio 133.
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Evoluzione dell’accuratezza degli orologi
∼10-8
1 s in 3 anni
∼10-5
10 s in 1 giorno
Oscillatore a quarzo
anni 1950 - 1970
Pendolo di Galileo ca1650
Rotazione Terrestre
∼10-9
1 s in 30 anni
∼10-13
1 s in 300.000 anni
Orologio al Cesio
∼10-16
1 s in 60 milioni di anni
Fontana di Cesio
Orologi atomici commerciali:
Cesio
Idrogeno
Rubidio
≈1 m
Maser all’Idrogeno commerciale
≈4 mm
≈40 cm
Orologio al Cesio commerciale
Campioni al Rb miniaturizzato (chip scale)
Utilizzatori del tempo
e della frequenza
SISTEMI DI
LO CALIZZAZIONE
TELECOMUNICAZIONI
SISTEMI DI
DATAZIONE
TRASPORTI E
NAV IGAZIONE
E-COMMERCE
FORNITORI
ENERGIA
ELETTRICA
Utilizzatori del tempo
e della frequenza
STRUMENTAZIONE
ATTIVITA'
SPAZIALE
GEODESIA
RICERCA
FONDAMENTALE
AGRICOLTURA
DIFESA
Il laboratorio di tempo all’INRIM
Contribuisce alla formazione della Scala di Tempo Internazionale TAI del BIPM
Realizza e mantiene, per legge, il Campione Nazionale di Tempo e Frequenza
Ensemble di orologi:
5 Orologi al Cesio commerciali
3 Maser all’Idrogeno
2 Fontane di Cesio
Lo dissemina in ambito nazionale mediante:
SRC - Segnale RAI Codificato
NTP - Network Time Protocol
In ambito internazionale mediante:
Sistemi Satellitari GPS e Due Vie (TWSTFT)
Coordina e controlla l’attività
dei Centri di Taratura SIT
Orologi atomici: Principia
Desiderata: ottenere un segnale elettromagnetico con frequenza stabile e universale
Le Frequenze di Bohr associate alle transizioni atomiche sono ritenute
STABILI e UNIVERSALI nello spazio-tempo (se le teorie fondamentali sono corrette…)
Un campione atomico di frequenza è un dispositivo capace di riferire la frequenza
di un oscillatore macroscopico (un quarzo in genere) a quella di un sistema
quantistico semplice (atomo, ione o molecola).
Gli atomi sono tutti identici e la frequenza di risonanza non cambia nello
spazio-tempo.
Il campione si dice primario quando la frequenza di risonanza dell’atomo
si può ricondurre alla sua frequenza imperturbata.
Orologi atomici: Principia
Equivalenza di Bohr E = hν
INTERAZIONE
ATOMI-RADIAZIONE
PREPARAZIONE
degli atomi nello
stato iniziale della
transizione
Oscillatore Locale
Frequenza nominale ν
MISURA del numero
di atomi transiti allo
stato finale della
transizione.
Correzione per la
frequenza dell’oscillatore
fino a raggiungere il
massimo numero di atomi
transiti.
Il secondo SI
Tra tutte le possibili
transizioni il secondo è
definito come:
F=5
62P 3/2
D2
λ=852 nm
ν=352 THz
Il secondo è l’intervallo di
tempo corrispondente a 6 P
9192631770 periodi di
D
λ=894 nm
ν=335 THz
radiazione della
transizione tra i due stati
fondamentali dell’atomo
6S
di 133Cs imperturbato.
F=4
251 MHz
F=3
201 MHz
F=2
151 MHz
cooling
F=4
1167 MHz
2
1/2
F=3
1
Repumping
F=4
9192631770 Hz
2
1/2
F=3
17
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Accuratezza e stabilità
di un campione di frequenza
Quanto siamo sicuri che il nostro sistema sia accurato, cioè sia un
sistema imperturbato e riproduca la definizione?
⇒ Misure e Test per conoscere al meglio il sistema atomico in
esame
Per un fisico, la bellezza della metrologia di frequenza è la
capacità di descrivere in modo quantitativo il comportamento
di un sistema atomico, e di portare all’estrema accuratezza
questa capacità
Stabilità è la capacità di realizzare una frequenza costante nel
tempo. La stabilità dipende dal tipo di rumore e dal tempo di
misura (e non sempre più misure = minore incertezza…)
18
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
INRIM, Fontane di Cesio ITCsF1 e ITCsF2: Accuratezza
ITCsF1
σy(τ)=1.5·10-13 τ -1/2
Accuratezza: 5·10-16
ITCsF2
σy(τ)=1.5·10-13 τ-1/2
Accuratezza: 2·10-16
u ITCsF1
u ITCsF2
Zeeman
2E-16
8E-17
Collisioni
3E-16
1E-16
Corpo Nero
3E-16
1E-17
Microonda
2E-16
1E-16
Redshift
1E-17
1E-17
Totale
5E-16
2E-16
19
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Per migliorare in generale gli orologi
1) Aumentare il Tempo di interazione ∆ν∆Τ ~ 1
2) Fermare gli atomi per ridurre l’effetto Doppler
(riducendo l’energia cinetica)
3) Scegliere Transizioni Atomiche migliori (frequenza
maggiore, larghezza naturale minore, minore
sensibilità ambiente esterno)
20
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Orologi atomici: spettroscopia quantistica
Interazione tra atomi (Cesio) e e microonde (in cavità risonanti )
Doppio Passaggio (N. Ramsey):
Risonanza Magnetica Nucleare e interferometria
quantistica, più precisione
21
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Nobel Gallery/1
1989
Norman F. Ramsey
"for the invention of the separated oscillatory fields method
and its use in the hydrogen maser and other atomic clocks"
Hans G. Dehmelt Wolfgang Paul
"for the development of the ion trap technique"
22
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Orologio a fascio di Cesio
23
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
L’ idea di una fontana atomica
Principio fondamentale:
∆ν∆T ≈ 1
MaggioreT, minore ∆ν, migliore accuratezza
24
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
L’ idea di una fontana atomica
Zacharias, al MIT nel 1954,
propose di aumentare T con
un orologio a geometria
verticale, con atomi in volo
balistico: una fontana
atomica.
T
MA, gli atomi di Cs a
temperatura ambiente in
volo si diffondono e non
tornano indietro
Nel 1954, la fontana di
Zacharias era utopica.
25
Laser Cooling
Negli anni ottanta, si sviluppano le
tecniche di raffreddamento laser
per diverse specie di vapori atomici: per
certi livelli particolare, la luce laser, a una
certa frequenza e polarizzazione, rallenta
gli atomi e li raffredda
Il Cesio si raffredda fino a velocità residue di
1 cm/s, cioè una temperatura T∼1µK :
All’inizio degli anni novanta, l’idea di
Zacharias poteva diventare realtà
Credits: http://www.sparclabs.com
26
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Nobel Gallery/2
1997
Stephen Chu, William Phillips, Claude Cohen-Tannoudj
"for development of methods to cool and trap atoms with laser light"
27
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
L’era del raffreddamento laser:
come funziona una fontana atomica
(courtesy of NIST)
28
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Fontana criogenica al Cesio INRIM ITCsF2
accuratezza relativa 2x10-16
Rraffreddamento laser del
Cs a 1 µK;
Struttura Criogenica a 89 K;
Realizza in Italia la
definizione del
secondo
Contribuisce alla
realizzazione del
Tempo Atomico
Internazionale
29
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Fontane atomiche attive nel mondo
Sei laboratori hanno finora contribuito regolarmente alla
generazione del Tempo Atomico Internazionale con fontane al
Cesio: USA (2 fontane); Francia (3); Italia (2); Germania
(2); UK (2); Giappone (2)
30
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Atomi ancora più fermi:
Trappole a ioni e reticoli ottici
Trappole RF a singolo Ione
Reticoli Ottici con Atomi Neutri
(Lunghezza d’onda “magica” senza
perturbare la transizione di orologio)
31
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Nobel Gallery/1
1989
Norman F. Ramsey
"for the invention of the separated oscillatory fields method
and its use in the hydrogen maser and other atomic clocks"
Hans G. Dehmelt Wolfgang Paul
"for the development of the ion trap technique"
32
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Ancora meglio: l’orologio ottico
Migliorare gli orologi cambiando transizione atomica.
L’identikit della transizione d’orologio «buona»:
1.
Alta frequenza, ma misurabile
2.
Transizione quantica Proibite ( piccola larghezza naturale di riga ∆ν)
3.
Alto Fattore di qualità Q: Q = ν/∆ν (aumento della risoluzione)
4.
Bassa Sensibilità alle perturbazioni del mondo esterno
5.
Possibilità di raffreddamento Laser
6.
Esistenza di un Oscillatore che ecciti la transizione
Diversi atomi offrono tutte queste caratteristiche
con transizioni a frequenza ottica
Si parla allora di OROLOGI OTTICI
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Il Laser diventa un orologio
Microwave Oscillator
(9192631770 Hz )
MICROWAVE
Cs CLOCKS
Laser Cooled
Caesium
Clock Laser
OPTICAL
CLOCKS
Laser Cooled
Atomic System
Anche i laser diventano orologi
Fino alla fine del secolo scorso, lunghe catene di sintesi, che coinvolgevano svariati laser,
erano l’unico metodo di misura accurato per frequenze ottiche
L’incertezza restava limitata a parti in 10-13 (al meglio)
35
Nobel Gallery/4
2005
Roy J. Glauber
"for his contribution to the quantum theory of optical coherence"
John L. Hall Theodor W. Hänsch
"for their contributions to the development of laser-based precision
spectroscopy, including the optical frequency comb technique"
36
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Anche i laser diventano orologi/2
La soluzione del problema della misura accurata delle frequenze
ottiche con un Pettine di Frequenza generato da un Laser impulsato al
femtosecondo
Confronta una frequenza ottica (1014 Hz)
direttamente con una microonda (1010 Hz)
con incertezze <<1 mHz ( 10-18)
37
Dal Cesio agli orologi Ottici:
Verso la ridefinizione del secondo
1E-9
1E-10
Essen Parry
Iodine/HeNe
H
1E-11
Accuratezza relativa
Pettini Ottici
1E-12
Ca
H
1E-13
Cs Comm.
1E-14
Lab Cs Beam
H
Hg+, Yb+, Sr+, Ca
1E-15
1E-16
Orologi Cs
Orologi con Transizioni Ottiche
Sr, Yb
Al+, Hg+
1E-17
Al+
1E-18
Fontane Cs
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Anno
38
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Orologi Ottici
Molti sitemi atomici offrono
“buone” transizioni per farci
un orologio:
Sr, Hg, Yb, Sr+, Yb+, Hg+, Al+
1
All’INRIM abbiamo scelto
l’Ytterbio neutro
P1
3
P1
Green
Trap
556 nm
Blu Trap
399 nm
3
P0
Clock
578 nm
1
S0
39
INRIM clock ensemble
ULE cavity stabilized laser
(Link, Optical Clock)
Clock Laser
578 nm
Femtosecond Laser
optical comb
Cryogenic
Cs Fountain
ITCsF2
Cs Fountain
ITCsF1
Cs Primary References
3 H-Masers
HM1 HM2 HM3
Yb lattice clock
(in progress)
Quale orologio atomico?
Cs
Rb
H
9.2 GHz
Q=1010
u<2X10-16
6.8 GHz
Q=1010
u<5X10-16
1.5 GHz
Q=107
u<5X10-13
Sr
Yb
Hg
698 nm Q=1017
u<5X10-17
578 nm Q=1016
u<5X10-17
266 nm Q=1015
u<1X10-15
Hg+
Al+
Yb+
282 nm Q=1017
u<5X10-18
267 nm Q=1017
u<5X10-18
436 nm Q=1014
u<5X10-18
41
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Al+ Logic ion clock: oggi, l’orologio più accurato (e il più complesso).
Ottimo anche per il quantum computing!
The Time Machine Factory, Turin, 19
October 2012
42
D. J. Wineland:
Laser cooling, Quantum computing, Logic Ion Al+ optical clock
43
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
A Nobel Gallery/5
2012
David J. Wineland and Serge Haroche
"for ground-breaking experimental methods that enable measuring and
manipulation of individual quantum systems"
44
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
OROLOGI ATOMICI E TEST DI FISICA
FONDAMENTALE
45
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Orologi atomici per la fisica fondamentale: perché?
Motivi intrinseci:
- misurano il tempo, che in Relatività è la quarta dimensione dello spazio
- si fondano sulla meccanica quantistica delle interazioni atomiche
fondamentali
Ma c’è dell’altro:
gli orologi di oggi sono indispensabili per misurare fenomeni “piccoli”
(ad esempio quelli relativistici),
perché sono gli strumenti più stabili ed accurati che esistano.
Paradigma moderno della New Physics:
ALTA ENERGIA oppure ALTA ACCURATEZZA
46
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Oltre la Relatività Generale?
47
D. Calonico - OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Red-shift Gravitazionale
Relatività Generale :
Un potenziale gravitazionale W deforma
la metrica spaziotemporale e sposta la
frequenza di un orologio ν rispetto a ν0 su
un potenziale di riferimento W0
Nel limite di campo debole
W/c2<< 1, c velocità della luce, W0
riferimento di potenziale):
v0 − v(r ) W (r ) − W0
=
v0
c2
Sulla Terra (rispetto al W0 del Geoide):
v0 − v(r ) g 0 −1
≈ 2 m = 1.09 × 10 −16 m −1
fv
c
48
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Local Position Invariance
In campi gravitazionali deboli, il principio di equivalenza di Einstein (EEP) porta
l’invarianza locale di posizione (LOCAL POSITION INVARIANCE, LPI):
SPECIE ATOMICHE DIVERSE RISENTONO DELLO STESSO RED SHIFT
GRAVITAZIONALE
Due orologi A e B, che usano due diverse specie atomiche
ν A ν A0
W
=
[1 + ( β A − β B ) 2 ]
ν B ν B0
c
RELATIVITA’
GENERALE
β A = βB
49
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Test LPI
ν A ν A0
W
=
[1 + ( β A − β B ) 2 ]
ν B ν B0
c
β A − βB = 0
Mg-Cs (IEN-1992)
β Mg − β Cs ≤ 7 ⋅10−4
Cs-H (PTB-2002)
β Cs − β H ≤ 7 ⋅10
−5
Cs-Hg+ (NIST-2007)
βCs − β Hg + ≤ 3.5 ⋅10−6
Cs-H (NIST-2007)
βCs − β H ≤ 1.4 ⋅10−6
50
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Oltre il Modello Standard delle
particelle?
51
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Le Costanti Fondamentali
sono costanti?
Molte teorie oltre il modello standard “vivono” in N dimensioni con N>4
Esempio: Teorie di Kaluza-Klein (KK) e quindi teorie di corda; teorie di
membrana
IN TUTTI I MODELLI OLTRE LO STANDARD, le costanti extra-dimensionali
sono fissate, ma le costanti dell’universo 4-dimensionale variano nello
spaziotempo.
La ricerca di una variazione delle costanti fondamentali è un test diretto per
una teoria oltre il modello standard.
Anche molte teorie proposte per spiegare Dark Energy/ Dark Matter,
presuppongono l’esistenza di campi scalari che causano variazioni delle
costanti
52
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Confronto tra frequenze atomiche e costanti fondamentali
Nel confronto tra le frequenze
di due transizioni atomiche, il
rapporto è proporzionale alla
combinazione di alcune
costanti fondamentali
Hyperfine structure
Cs H Rb Hg+..
I2
Ca
H
Hg+
α N gI
m
gp e
mp
gI
gp
me
mp
m
gI e
mp
Cs
Mg
Ca
α 2 gI
me
mp
CH4 OsO4
Vibrational
me
M
Fine Structure
Electronic
m
α N gp e
mp
Primo Test Sperimentale:
Mg vs Cs allo IEN
d
dt
g p m e ≤ 5 .4 × 10 −13 / yr
m p
Godone et al. PRL 71, 2364 (1993)
53
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Fine structure stability using atomic clocks
Fine Structure Constant
α = e 2 / 4ε 0 hc
e electron charge
h Planck constant
c speed of light
α&
= (2 ± 2) × 10 −17 / year
α
µ&
= (−2 ± 4) × 10 −16 / year
µ
µ ∝ me / m p
me electron mass
mp proton mass
54
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Orologi Atomici vs Spettri Quasar?
Constant Limit (yr-1)
α
Z
Method
<0.4 X 10-16
0
Clock comparisons
<0.5 X 10-16
0.15 Oklo reactor
<3.4 X 10-16
0.45
187Re
decay
(6.4±1.4) X 10-16 3.7
Quasar spectra
<1.2 X 10-16
2.3
Quasar spectra
αW
<1 X 10-11
0.15 Oklo reactor
me/mp
<3 X 10-15
2-3
Quasar spectra
Una questione ancora aperta!
55
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Dai Lab a uno Spazio Europeo di Ricerca
Metrologica
Le tecniche atuali di confronto remoto tra
orologi NON CONSENTONO di ragiungere
adeguata accuratezza
Cs
Cs
servono Confronti di orologi con la tecnica
del LINK OTTICO in Fibra
(progetto in sviluppo)
Una NUOVA INFRASTRUTTURA per lo Spazio
Europeo di Ricerca:
- Rete Euopea di Labs collegati in Fibra Ottica
dedicata per trasferimento accurato di
Frequenza
- Migliori test di gravità e Costanti
Fondamentali
-Nuovi scenari ora impossibili (es. Test Onde
Gravitazionali)
- Nuove Scale di Tempo!
Cs
, Cs
Sr
Sr
56
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Prestazioni del Link Ottico
-9
10
Te
cni
ch
Incertezza relativa
-10
10
-11
10
eS
ate
llita
ri,
G
-12
10
PS
o
rT
W
Orologi Cs commerciali
-13
10
L in
-14
10
-15
kO
ttic
o
10
-16
Lin
kO
10
-17
10
ttic
o
-18
10
0
10
1
10
Font
ane
d
90
0k
m
rea
i Cs
lizz
ato
Orologi Ottici
(at
tes
o)
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
tempo di misura /s
57
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Confronto di orologi remoti: il GPS
58
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Confronto di orologi remoti: il TWSTFT
Two Way Satellite Time and Frequency Transfer
59
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
ISTITUTO NAZIONALE
METROLOGICO
OROLOGIO
PRIMARIO
Optical Comb: da
Microonde/RF
a visibile
COMPENSAZIONE DEL
RIUMORE DI FASE
Link Ottico: principio
LASER
ULTRASTABILE
1.5 μm
FIBRA OTTICA
COMMERCIALE
SEGNALE
ULTRASTABILE DI
TEMPO E FREQUENZA
LAB REMOTO
60
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Link Ottici in Europa
2013-2014
2014-2015?
2014-2015?
2014-2015?
2013-2014
61
OFIS2013 - Como, 27 settembre 2013
Un Network in Fibra
di Istituzioni Scientifiche Italiane
MILANO, IFN-CNR
TORINO, INRIM
BOLOGNA, INAF
FIRENZE, UNIFI
LENS, INO-CNR
Progetto LIFT
62
Conclusioni
• La metrologia di frequenza, con gli orologi atomici, è in viva
interazione con la fisica quantistica (spettroscopia ad alta
risoluzione, raffreddamento laser, interazioni fondamentali)
• L’accuratezza dei campioni atomici di frequenza permette test
e misure a supporto della fisica fondamentale
• Gli orologi atomici realizzano la definizione del Secondo con
un’accuratezza di 2x10-16 (Fontane di Cesio)
• Gli orologi ottici stanno superando in accuratezza gli orologi al
Cesio, si avvicina il momento di una redefinizione del secondo
• Gli orologi atomici verificano la Relatività Generale a 2x10-6
• Gli orologi atomici verificano il Modello Standard con i test
sulla stabilità delle costanti: <2x10-17/yr per la costante di
struttura fine
• I link ottici sono soli in grado di sfruttare l’acuratezza raggiunta
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Conclusioni/2
• All’INRIM sono state sviluppate tecniche di
raffreddamento laser degli atomi per la spettroscopia
ad alta risoluzione
• E’ operativo un campione primario di frequenza a
fontana con accuratezza relativa di 2x10-16.
• Un orologio ottico all’Ytterbio neutro è in sviluppo
(accuratezza attesa <10-16).
• Test accurati di fisica fondamentale
• Link ottico Torino-Bologna-Firenze e verso gli istituti
europei
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Questo e altro ancora in…
Ottobre 2013
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