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Sicuramente avete già sentito parlare di orologio atomico, ma non sapete esattamente di cosa si tratta e non conoscete la sua ubicazione. In questo articolo vi sveliamo da dove questo orologio fornisce l’ora esatta e vi forniamo alcune informazioni di base sull’orologio atomico.
Ubicazioni dell’orologio atomico
In Germania sono in funzione ben quattro orologi atomici. Tutti si trovano presso l’Istituto federale di fisica e metrologia di Braunschweig.
- Uno di questi, l’orologio al cesio CS2, ci fornisce l’ora esatta dal 1991. Il vostro orologio radiocontrollato a casa o al polso riceve, ad esempio, l’ora esatta da questo orologio atomico.
- In Austria sono in funzione diversi orologi atomici. La responsabilità è dell’Ufficio federale di metrologia e misurazione con sede a Vienna.
- Il tempo atomico TAI proviene da un orologio atomico in Svizzera. Anche il Laboratorio per il tempo e la frequenza dell’Ufficio federale di metrologia a Wabern, vicino a Berna, gestisce diversi orologi atomici.
Informazioni utili sugli orologi atomici
Gli orologi atomici sono noti per la loro estrema precisione. Il tempo è standardizzato dal 1967. L’unità di tempo utilizzata è il secondo.
- Un secondo corrisponde esattamente a 9.192.631.770 oscillazioni a microonde della radiazione del cesio. Queste oscillazioni sono alla base dei nostri orologi atomici e del nostro tempo.
- Il funzionamento di un orologio atomico si basa, come ci si può aspettare, sulla fisica, ma anche sulla chimica. Per gli orologi atomici odierni viene utilizzato l’isotopo 133 del cesio.
- Il funzionamento stesso è complicato. In parole povere, un orologio atomico, come qualsiasi altro orologio, è composto da un contatore e da un generatore di impulsi.
- Il cesio funge da generatore di impulsi nell’orologio atomico. Viene prima vaporizzato in un forno e poi concentrato in un fascio sotto vuoto. Gli atomi di cesio si trovano quindi allo stato fondamentale.
- In un campo magnetico a microonde, gli atomi cambiano il loro stato con una certa probabilità e vengono quindi contati.
- Il campo a microonde viene regolato in modo da contare il maggior numero possibile di atomi. Si tratta, per un secondo, delle 9.192.631.770 oscillazioni a microonde già menzionate sopra.
- L’ora è così precisa perché la frequenza di radiazione delle transizioni degli atomi di cesio è pressoché costante. In questo modo, l’orologio atomico di Braunschweig ha uno scarto di soli 13 miliardesimi di secondo all’anno.
- A proposito, l’orologio atomico non esiste solo dal 1967, anno in cui è stata definita l’unità di tempo secondo.
- Il primo orologio atomico è stato sviluppato già nel 1949 dal National Bureau of Standards negli Stati Uniti. All’epoca, tuttavia, il generatore di clock non era ancora costituito da atomi di cesio, ma da molecole di ammoniaca.
Perché gli orologi atomici determinano la nostra vita
Senza gli orologi atomici, la nostra vita quotidiana sarebbe letteralmente fuori tempo. Sebbene rimangano invisibili, molti sistemi moderni dipendono direttamente dalla loro precisione.
- Navigazione GPS: i satelliti calcolano le distanze sulla base di differenze temporali esatte. Anche una deviazione di un miliardesimo di secondo potrebbe causare errori di posizione di diversi metri.
- Telecomunicazioni: le reti mobili e i servizi Internet sincronizzano i pacchetti di dati tramite il tempo atomico.
- Rete elettrica: le frequenze di rete e la distribuzione del carico si basano su una sincronizzazione temporale precisa.
- Mercati finanziari: le borse e i sistemi di negoziazione necessitano di timbri temporali precisi al millisecondo per le transazioni.
Il coordinamento temporale internazionale tramite orologi atomici garantisce così l’ordine in un mondo interconnesso digitalmente.
Precisione a confronto: orologi atomici, al quarzo e meccanici
Quanto è preciso un orologio atomico e come si comporta rispetto ad altri strumenti di misurazione del tempo?
- Un orologio meccanico può avere uno scarto di alcuni secondi al giorno, mentre un orologio al quarzo perde solo pochi secondi al mese. Un orologio atomico al cesio, invece, non sbaglia nemmeno un secondo in milioni di anni.
- I moderni orologi atomici ottici sono ancora più precisi: misurano le oscillazioni di atomi come lo stronzio o l’itterbio con l’aiuto della luce laser e raggiungono una stabilità tale che solo dopo oltre 30 miliardi di anni avrebbero uno scarto di un secondo.
