La Stazione Spaziale Internazionale ospiterà uno degli orologi più precisi di sempre. Con l’accuratezza di un secondo in 300 milioni di anni, gli orologi utilizzeranno la misurazione del tempo per testare i limiti della teoria della relatività e la nostra comprensione della gravità.
La teoria della relatività generale di Albert Einstein ha predetto che la gravità e la velocità influenzano il tempo, più veloce si viaggia e più tempo rallenta, ma anche più gravità si attira, più il tempo rallenta.
La teoria di Einstein messa alla prova
Il 29 maggio 1919 la teoria di Einstein fu messa alla prova quando Arthur Eddington osservò la luce “piegarsi” attorno al Sole durante un’eclissi solare. Quarant’anni dopo, l’esperimento Pound-Rebka misurò per la prima volta l’effetto redshift indotto dalla gravità in un laboratorio, ma un secolo dopo gli scienziati stanno ancora cercando i limiti della teoria.
“La teoria della relatività descrive il nostro Universo su larga scala, ma al confine con la scala infinitesimamente piccola, la teoria rimane incoerente con la meccanica quantistica”, spiega Luigi Cacciapuoti, il progetto dell’ESA Atomic Clock Ensemble in Space (ACES). “I tentativi odierni di unificare la relatività generale e la meccanica quantistica predicono le violazioni del principio di equivalenza di Einstein”.
Il principio di Einstein spiega come la gravità interferisce con il tempo e lo spazio. Una delle sue manifestazioni più interessanti è la dilatazione del tempo dovuta alla gravità. Questo effetto è stato dimostrato confrontando gli orologi a diverse altitudini come sulle montagne, nelle valli e nello spazio. Gli orologi a più alta quota mostrano che il tempo passa più velocemente rispetto a un orologio sulla superficie terrestre.
L’Atomic Clock Ensemble
Volando a 400 km di altitudine sulla Stazione Spaziale, l’Atomic Clock Ensemble nello Spazio effettuerà misurazioni più precise che mai.
ACES creerà una “internet of clocks”, collegando i più accurati orologi atomici di tutto il mondo e confrontando il loro cronometraggio con quelli sul laboratorio senza gravità.
Confrontando il tempo fino a una stabilità di centinaia di femtosecondi – un milionesimo di miliardesimo di secondo – sono necessarie tecniche che superino i limiti della tecnologia attuale.
ACES ha due modi per trasmettere i dati, un collegamento a microonde e un collegamento ottico. Entrambe le connessioni scambiano segnali di temporizzazione a due vie tra le stazioni di terra e il terminale spaziale, quando il segnale di temporizzazione sale verso la Stazione Spaziale e quando ritorna verso la Terra.
L’accuratezza senza precedenti offerta da questo setup porta alcuni bei bonus all’esperimento ACES. Gli orologi sul terreno saranno confrontati tra loro fornendo misure locali delle differenze geopotenziali, aiutando gli scienziati a studiare il nostro pianeta e la sua gravità.
Le frequenze dei collegamenti laser e microonde aiuteranno a capire come la luce e le onde radio si propagano attraverso la troposfera e la ionosfera fornendo informazioni sul clima. Infine, l’internet degli orologi consentirà agli scienziati di distribuire il tempo e sincronizzare i propri orologi in tutto il mondo per esperimenti su larga scala basati sulla Terra e per altre applicazioni che richiedono tempi precisi.
