Un orologio atomico svizzero parte per mettere alla prova nello spazio la teoria di Einstein

L’ingegneria svizzera ha ufficialmente lasciato l’atmosfera, a bordo delle fiamme di un razzo Falcon 9 di SpaceX diretto verso l’ultima frontiera. Lunedì, alle 10.15 in punto, ora svizzera, la missione ACES dell’Agenzia spaziale europea è decollata da Cape Canaveral, portando con sé un componente essenziale della tecnologia svizzera destinato alla Stazione spaziale internazionale (ISS). Non si tratta di una semplice missione di trasporto: è una spedizione scientifica che punta a ridefinire la nostra comprensione dell’universo.

Il carico, che sarà installato sul modulo Columbus dell’ISS da un braccio robotico, trascorrerà i prossimi 30 mesi in orbita a 400 km sopra le nostre teste. La missione è chiara: misurare il tempo con una precisione straordinaria, superando ogni record precedente. Il razzo era americano e l’agenzia europea, ma il cuore dell’esperimento è indubbiamente svizzero. Mentre l’insieme ACES si assesta in orbita, porta con sé il peso di un secolo di fisica ed è pronto a mettere alla prova il tessuto stesso della realtà, con una precisione resa possibile solo dalla maestria artigianale svizzera.

La teoria della relatività generale di Albert Einstein è sottoposta alla verifica più rigorosa della sua storia. Nel 1915 Einstein rivoluzionò la scienza affermando che il tempo non è assoluto, ma si piega e si deforma in presenza della gravità. Oggi sappiamo che il tempo passa più velocemente in cima alla Torre Eiffel che alla sua base, ma sulla Terra questo «effetto Einstein» è infinitesimale. Nel vuoto dello spazio, tuttavia, la posta in gioco è molto più alta.

I satelliti di geolocalizzazione attualmente in orbita a 20’000 km devono già fare i conti con questo fenomeno: i loro orologi corrono 40 microsecondi al giorno più velocemente di quelli a terra. La missione ACES intende superare gli attuali standard di misurazione, puntando a migliorare di due ordini di grandezza la precisione con cui si misura questo «spostamento gravitazionale», fino a raggiungere una precisione di un milionesimo. Collocando questi orologi atomici nell’ambiente di microgravità dell’ISS, gli scienziati non si limitano a misurare il tempo: sondano le leggi fondamentali che governano la nostra esistenza. Se i dati dovessero discostarsi anche solo leggermente dalle previsioni di Einstein, sarebbe una svolta epocale per la fisica moderna.

Al centro di questo esperimento cosmico c’è un capolavoro dell’ingegneria svizzera: lo Space Hydrogen Maser (SHM). Prodotto da Safran Time Technologies a Neuchâtel, questo strumento testimonia la leadership della Svizzera nella meccanica di alta precisione. Lo SHM è un maser attivo a idrogeno, un dispositivo che sfrutta gli atomi di idrogeno per scandire il tempo con una stabilità eccezionale.

Non si tratta di una tecnologia standard disponibile in commercio. Lo SHM è ben dieci volte più stabile dei maser passivi che attualmente alimentano la costellazione satellitare Galileo. Combinando la stabilità a breve termine dello SHM svizzero con la precisione a lungo termine dell’orologio PHARAO, prodotto in Francia, la missione ACES raggiunge una precisione di un secondo ogni 300 milioni di anni. Questa collaborazione trasforma l’ISS nell’orologio più preciso in orbita, che invierà segnali a microonde a nove terminali terrestri in tutto il mondo, dal Giappone agli Stati Uniti, per sincronizzare la comprensione del tempo dell’umanità con il cosmo.

Siamo sulla soglia di una «nuova finestra» sulla fisica. Philippe Laurent, uno dei responsabili scientifici del progetto, non usa mezzi termini: se i risultati di ACES contraddiranno le equazioni di Einstein, il mondo scientifico sarà sottosopra. Da decenni i fisici cercano il Santo Graal: un modo per conciliare la relatività generale, che governa l’immensità dell’universo, con la fisica quantistica, che regola il caotico regno dell’infinitamente piccolo.

Queste due teorie, pur avendo avuto entrambe successo, sono rimaste ostinatamente incompatibili. Una discrepanza nei dati di ACES potrebbe fornire la prima prova concreta necessaria a colmare questa frattura. Mentre l’orologio fabbricato in Svizzera inizia la sua missione di osservazione di 30 mesi sopra l’atmosfera, non si limita a scandire il tempo: cerca le falle della nostra realtà. Che confermi il genio di Einstein o riveli una crepa nelle fondamenta della fisica, i dati trasmessi sulla Terra consolideranno il ruolo della Svizzera nel prossimo grande balzo della conoscenza umana.