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Scienza e tempo – l’orologio atomico PRIMA PARTE

Autore: Fabio Dell'Orto | 29 novembre 2011

Mi piace sempre di più scrivere posts culturali riguardanti la la scienza e il tempo che hanno camminato fianco a fianco, l’una asservita al secondo e viceversa, in un continuo di fittissimi rapporti, anche oggi non vi “parlerò” di nuovi modelli di orologi ma… dell’orologio atomico un tipo di orologio in cui la base del tempo è determinata dalla frequenza di risonanza di un atomo. I primi orologi atomici erano semplici maser integrati da opportuni sistemi di rilevamento.

Al giorno d’oggi i migliori orologi per la determinazione del tempo standard si basano su princìpi fisici più complessi implicanti l’uso di atomi freddi e fontane di atomi.
Gli istituti di metrologia mantengono il tempo standard con una accuratezza di 10-9 secondi al giorno ed una precisione pari a quella della frequenza del trasmettitore radio utilizzato per “pompare” il maser. Su questa base viene mantenuta una scala del tempo stabile e continua: il Tempo Atomico Internazionale (International Atomic Time).

Per il computo del tempo civile viene utilizzata una scala diversa, il Tempo Coordinato Universale (Coordinated Universal Time – UTC). Il secondo deriva dal primo ma è sincronizzato con il tempo astronomico scandito dalla rotazione terrestre. Il primo orologio atomico sperimentale fu costruito nel 1949 ed installato presso il National Bureau of Standards negli Stati Uniti. Il primo modello sufficientemente accurato, basato su transizioni di livelli energetici nell’atomo di cesio, fu costruito nel 1955 da Louis Essen al National Physical Laboratory in Gran Bretagna. Fu installato presso l’osservatorio di Greenwich a Londra.

L’uso di questi orologi ha portato nel 1967 alla definizione del secondo sulla base del tempo atomico. Dal 1972 (data dell’introduzione del “tempo atomico”) al 1999 sono stati aggiunti complessivamente al “tempo terrestre” 22 secondi. Nell’agosto 2004 scienziati del National Institute of Standards and Technology hanno presentato un prototipo sperimentale di orologio atomico integrato su di un chip. Gli autori ritengono che questo dispositivo abbia dimensioni pari ad un centesimo di quelle del più piccolo orologio atomico precedente. Richiederebbe inoltre solamente 75 milliwatt di potenza elettrica per funzionare, rendendolo così impiegabile in dispositivi portatili a batteria.

Per ora è preferibile utilizzare orologi radiocontrollati, con cui è possibile ricevere il segnale orario prodotto con orologi atomici in modo economico e pratico.

Seconda parte del post, dedicato all’orologio atomico.

Marco Parravicini di Gioielleria Parravicini Varese.

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