Thomas Mackinson, Il Fatto Quotidiano 30/12/2013, 30 dicembre 2013
DOVE CAPODANNO PUÒ SPACCARE IL
FEMTOSECONDO –
Siamo tutti in guerra contro il tempo, qualcuno lo è di più. Scusi lei, sa dirmi che ore sono? “Molte, dipende”, risponde il metrologo del tempo. Dipende dal sistema di riferimento, dalla sincronizzazione e anche dall’orologio. Quello da polso, per dire, perde un secondo al giorno, quello atomico uno ogni 100 milioni di anni, cioé un decimo di femtosecondo. Ma tocca poi aggiungergli un secondo ogni tanto per tenere il passo con l’ora ufficiale che tiene conto della rotazione terrestre e sulla quale sono sincronizzati i computer di tutto il mondo. Se sei sul GPS, ad esempio, sei anticipo di 16 secondi sull’ora segnata all’Ufficio pesi e misure di Parigi con la precisione di 300 orologi atomici. Se usi il cinese “Beidou” sei due secondi avanti. Facile, tra tante ore esatte, toppare il momento dello spumante a Capodanno. E in un attimo, sul tempo di quel tappo, si spalancano dibattiti scientifici e filosofici che non finiscono più e chiamano in causa, niente meno, il controllo politico del tempo nel mondo. Da come atterra un aereo alla chiusura della Borsa, fino alla guerra per i sistemi satellitari tutto passa di li, dalla rincorsa della Scienza al “tempo perfetto”.
A DARGLI LA CACCIA in Italia, su tutti, una quindicina di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) che ha sede a Torino e oltre alle attività di ricerca per costruire orologi atomici sempre più precisi ha il compito istituzionale di indicare l’ora esatta italiana, al miliardesimo di secondo. Patrizia Tavella non ne indossa ma da 25 anni si muove tra orologi di tutti i tipi, piccoli come scatole da scarpe per i satelliti, grandi come frigo o o come una stanza. Premette che è sempre in ritardo ma poi si lancia in una lezione breve sul tempo da restare a bocca aperta. A che serve questa rincorsa quasi ossessiva della Scienza al tempo perfetto? "A indagare con precisione sempre maggiore le grandi e complesse questioni della Fisica fondamentale e dell’Universo, ma anche a risolvere problemi concreti qui,sulla Terra. Prenda un Boeing che deve atterrare: se non so esattamente quando tocca terra devo costruire un carrello con un’ampia tolleranza, se lo so con maggiore precisione posso realizzarne uno migliore e più sicuro”.
E la questione prende subito quota perché il metodo più diffuso perdisseminareiltempo è ancora il GPS, brevetto militare Usa, che utilizza orologi atomici al Cesio e al Rubidio sincronizzati su un proprio secondo interno di riferimento. Eh si, dal lancio del primo satellite GPS (1978) il tempo esatto ha un padrone solo, anche nel delicato settore dell’aviazione civile. Nella Guerra del Golfo, per dire, i satelliti erano come impazziti, ma non per tutti. “Si capì allora che un segnale proprietario del tempo poteva essere “sporcato” artificialmente in caso di crisi. E chi non ha i codici per ripulirlo è tagliato fuori dal controllo”. Così nasce Galileo, il sistema di localizzazione satellitare europeo che vede l’Italia in prima linea grazie alla collaborazione ventennale tra l’INRIM e l’Agenzia spaziale europea e che conta oggi 4 satelliti in orbita e 30 quando sarà a regime. “Come per il GPS la localizzazione si basa su una soluzione geometrica calcolata su intervalli di tempo moltiplicati per la velocità della luce, un numero tanto grande che un errore di microsecondo diventa un errore di 300 metri”. Da qui l’esigenza di avere a bordo e a terra orologi sempre più precisi e sincronizzati. Al femtosecondo, un milionesimo di nanosecondo. Declinata in modo scientifico la guerra del tempo è dunque il tentativo di tirar fuori dall’atomo una misura sempre più accurata, imperturbata, perfetta. All’INRIM il gruppo di Filippo Levi si confronta con questa sfida usando orologi ad atomi ultrafreddi come la fontana di Cesio o l’orologio all’Ytterbio. Scienza a parte, a cosa serve un tempo perfetto? A regolare meglio i processi in cui si svolgono milioni di operazioni in contemporanea, come nelle tlc digitali o nelle compravendite nelle Borse mondiali effettuate da sistemi automatici 24 ore al giorno. Wall Street, per dire, sta pensando di introdurre un intervallo minimo di 50 millesimi di secondo tra acquisto e vendita per correggere il tempo di latenza entro le reti telematiche.
L’ORA ESATTA spacca il femtosecondo ma non basta. Una volta estratta e manipolata, l’informazione quantistica sul tempo va portata fuori dal laboratorio metrologico perché possa essere applicata anche a distanza senza farla sporcare da interferenze, da errori e dal rumore che ne degradano la qualità. L’altra sfida scientifica al tempo perfetto è dunque questo tentativo di preservare il segnale del ticchettio atomico fino al destinatario. E infatti qualcuno te lo porta a casa come il gas, l’acqua, la luce o la rete. Davide Calonico guida un gruppo di ricerca che ha portato l’unità di tempo dei laboratori di Torino lungo una rete di 650 km di fibra ottica che arriva a Firenze. “La fibra - spiega - consente una riduzione del rumore 10mila volte superiore al GPS e una velocità imbattibile”. Su mille km l’accuratezza del miglior orologio atomico si trasferisce col GPS in circa 100 giorni di misura, con la fibrabastanotreore.Questavelocitàeaccuratezza può avere applicazioni dirette sulle reti di comunicazione, produzione e distribuzione intelligente dell’energia elettrica che usano riferimenti di tempo necessariamente accurati. “La fibra offre un’unità di tempo cui sincronizzarsi 10mila volte migliore delle tecnologie attuali. Significa poter fare 10mila volte più operazioni al secondo. E quindi, ad esempio, supportare la complessità dell’energia elettrica distribuita in grid o quella delle comunicazioni digitali sempre più complesse in sviluppo”. Bellissimo. Ma a Bologna, per dire, che se ne fanno? “In un’area sismica può servire a mappare con precisione infinitamente maggiore movimenti e sussidenze millimetriche del terreno laddove oggi si usano tradizionali ricevitori GPS. Portato al centro radioastronomico di Medicina (BO) può servire a sincronizzarne meglio le osservazioni del cosmo, ottenere misure più precise e rispondere così alle domande aperte della Fisica fondamentale e dell’Universo”. Potrebbe bastare un femtosecondo, che sia davvero perfetto.