Il tempo non è quello che segna il tuo orologio: sono gli atomi a scandire ogni secondo
Sicuramente avrete già sentito parlare di orologi atomici, ma molto probabilmente non vi siete mai addentrati nella conoscenza di questi dispositivi. In questo articolo vi spiegheremo come funzionano e perché si usano.
L’uomo, da quando si è iniziato a misurare il tempo, ha sfruttato i fenomeni periodici di sua conoscenza, come la rivoluzione terrestre, la rotazione terrestre o l’oscillazione di un pendolo.
Al giorno d’oggi questo tipo di misurazione è a dir poco obsoleto, anche perché col passare del tempo e con l’evolversi della tecnologia l’accuratezza di queste misure è diventata impressionante.
Ad oggi quindi il metodo più accurato che abbiamo per misurare il tempo sono gli orologi atomici, dei dispositivi che registrano il numero delle oscillazioni degli elettroni di atomi puri, attraversati da una radiazione elettromagnetica a una frequenza ben specifica. In pratica quindi misurano la frequenza di risonanza di un atomo, che genera un segnale periodico di frequenza estremamente stabile e affidabile.
Il tempo non è più quello di una volta
Ovviamente anche questi strumenti hanno subito grosse migliorie nel corso degli anni, pensate infatti che il primo orologio atomico sperimentale è stato costruito nel 1949, e sappiamo bene come la tecnologia nel corso degli ultimi 50/70 anni abbia fatto dei veri e propri balzi in avanti impredicibili fino a pochi anni prima.
Un modello abbastanza accurato fu poi costruito nel 1955 in Gran Bretagna ed era basato sulle transizioni dei livelli energetici dell’atomo di cesio. Fu installato poi nell’osservatorio di Greenwich a Londra.
È proprio a seguito dell’uso sempre più ampio di questa tipologia di orologi che nel 1967 si arrivò alla definizione del secondo sulla base del tempo atomico.
Il Tempo Atomico Internazionale, identificato dall’acronimo TAI, è definito come “una scala di tempo coordinato definita in un quadro di riferimento geocentrico avente come unità di misura il secondo del Sistema Internazionale quale definito sul geoide in rotazione.
Il tempo coordinato universale, noto comunemente con l’acronimo UTC, è la base temporale legale per tutto il mondo e deriva dal TAI. In realtà il tempo UTC ha un piccolo scarto rispetto al TAI e per questo motivo nel 1972 è stato introdotto il secondo intercalare, una correzione al tempo UTC che viene applicata in base alle necessità (quindi non regolarmente ma solo all’occorrenza).
L’applicazione di questa correzione viene stabilita dall’International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) per fare in modo che il Sole sia effettivamente al meridiano di Greenwich entro 0,9 secondi dalle 12:00 UTC.
Ad oggi anche noi possiamo avere un orologio atomico
Tornando agli orologi atomici molti dei sistemi attuali sfruttano l’effetto “MASER” (Microwave Amplification by Stimulated Emitted Radiation), ciò significa che all’interno dell’orologio troviamo due elementi fondamentali: un oscillatore e un risonatore atomico che agisce da discriminatore di frequenza.
Ad oggi alcuni di essi vengono utilizzati anche in alcune applicazioni commerciali, dimostrando come questa incredibile tecnologia ormai è a disposizione di tutti.
Ovviamente i dispositivi più accurati e performanti sono invece utilizzati nelle scienze, nella ricerca e nell’industria aerospaziale.
Al momento la ricerca sta puntando a realizzare orologi sempre più compatti, economici, accurati e affidabili, tuttavia molto spesso questi obiettivi sono in contrasto tra di loro, rendendo estremamente complicato riuscire a raggiungerli tutti e costringendo i ricercatori a puntare più su un aspetto, tralasciando gli altri.