Il Premio Nobel e gli orologi atomici

Ecco. E' passato un bel po'. Ci sono cose che diventano obsolete e altre che invece invecchiano, e spero questa sia una delle seconde. E' che non sono riuscito, vuoi per il fattore tempo, vuoi per la voglia, a scriverne prima, eppure è successo che, a causa di una agenzia, il Nobel per la Fisica 2012 è stato accompagnato da una castroneria via l'altra, come direbbe qualcuno dei miei vecchi professori. Il riassunto delle puntate precedenti c'è sul blog di Peppe, io invece mi limito a ricordare che quello che può essere considerato come il padre degli orologi atomici ha vinto il Nobel in Fisica nel 1944

per il suo metodo risonante per registrare le proprietà magnetiche dei nuclei⁽¹⁾

Se andiamo ad approfondire la storia di questo particolare dispositivo, scopriamo che l'idea da cui è partito tutto è nientemeno che di Lord Kelvin nel 1879:

Poi arriva Isidor Isaac Rabi che mette in pratica le idee di Lord Kelvin, e misurare il tempo diventa un'operazione così precisa che non bastano più i proverbiali svizzeri! Come spiegano Lombardi, Heavner e Jefferts⁽²⁾, Rabi e il suo team svilupparono gli orologi atomici tra gli anni 30 e i 40 del XX secolo. In particolare il lavoro ritenuto chiave nella realizzazione di un vero e proprio orologio atomico fu quello pubblicato nel 1938, A new method of measuring nuclear magnetic moment⁽³⁾

Proposito di questa nota è descrivere un esperimento nel quale il momento magnetico nucleare è misurato in un modo molto diretto. Il metodo è capace di grandissima precisione ed estensione a un grandissimo numero e varietà di nuclei atomici.

L'idea di base è quella di far passare un fascio di particelle, nel caso del primo esperimento delle molecole di LiCl, attraverso un gruppo di magneti, in modo che gli spin nucleari si disaccoppino uno dall'altro e dalla rotazione molecolare. A questo punto si applica un ulteriore campo magnetico, questa volta leggermente oscillante, in modo che gli spin e il momento magnetico nucleare si riorientino, ottenendo alla fine una sorta di precessione della frequenza⁽³⁾.
Alla fine Rabi e colleghi sono riusciti ad osservare perfettamente i picchi di risonanza dei due nuclei di litio e cloro separati e appena l'anno successivo, come anche promesso nelle conclusioni dell'articolo del 1938, sono riusciti ad aggiornare il metodo utilizzando dei nuovi atomi, descrivendo in maniera un po' più dettagliata l'apparato sperimentale utilizzato⁽⁴⁾: