Orologio atomico. Precisione e scienza
Categoria: Scienza | Data: Aprile 4, 2019
Sapresti dire cosa è un orologio atomico? Prima di dire che il vostro orologio è preciso, vi converrà sapere cosa sia quello atomico. Perché quando si parla di precisione nella misurazione del tempo, quelli atomici rappresentano il parametro con cui misurare ogni altro dispositivo.
Apparentemente tutti gli orologi sembrano essere affidabili strumenti per misurate il passaggio del tempo. Questa considerazione, è tuttavia, valida nel caso in cui la precisione richiesta non sia particolarmente elevata.
Un orologio, secondo il senso comune, potrebbe essere considerato molto preciso anche se perde diversi minuti ogni anno. Del resto, in questo caso, basta semplicemente sincronizzarlo di nuovo sull’ora esatta per risolvere il problema. Tuttavia, esistono dei misuratori del tempo a cui è richiesta una precisione estrema che nulla hanno a che fare con gli orologi che indossiamo quotidianamente.
Prima di entrare nello specifico tecnico di questo orologio, può aiutare un po’di storia. Come si può facilmente intuire questo particolare orologio è un ritrovato relativamente recente, che ha fatto la sua comparsa nella storia degli orologi nel 1947, quando il primo esemplare venne installato presso il National Bureaux of Standards negli Stati Uniti. Ne seguirono altri e oggi si è arrivati ad ipotizzare di costruire una nuova versione, così piccola, da poter essere contenuta in un microchip e poter quindi diventare, al pari di altri orologi, un dispositivo portatile.
Attualmente anche l’Italia ospita il suo atomico, che si trova presso l’Istituto Galileo Ferraris di Torino. Su questi orologi si basa il segnale orario su cui si regola l’ora ufficiale di tutto il Paese e che sta alla base del segnale orario trasmesso quotidianamente dalle frequenze di Radio Rai. Il segnale orario di Torino è a sua volta coordinato con gli altri atomici presenti nel mondo.
Come funziona un orologio atomico
La spiegazione su come funziona questo particolare orologio richiede una necessaria semplificazione, per quanto possibile, che permetta di capirne i presupposti di funzionamento senza essere dei laureati in fisica.
Per comprendere il funzionamento di tale strumento bisogna avere chiaro qual è il principio che lo rende così preciso. Alla base c’è il meccanismo che regola gli atomi, un processo caratterizzato da una ripetitività tale che la sua precisione può far perdere un solo secondo in 150 milioni di anni. Beh che dire non si può certo pensare che non sia uno strumento esageratamente preciso.
Esattamente per descrivere ancora meglio il suo funzionamento, è necessario sapere che il suo processo di misurazione si basa sul cesio, l’elemento in natura che meglio si presta a questo tipo di osservazione e regolazione.
Il fenomeno fisico oggetto di studio per fornire elementi obiettivi per la misurazione del tempo, è il giro orbitale che gli elettroni di un atomo, nel caso degli orologi atomici un atomo di cesio, compiono attorno al loro nucleo. Il tempo entro cui gli elettroni restano attorno al proprio nucleo è un tempo fisso, così come fisso e ripetuto, è l’uscita dalla propria orbita degli elettroni, ovvero il cosiddetto salto quantico. Quando gli scienziati riuscirono a misurare questo tempo, attribuirono al secondo un valore infinitesimale nell’ordine di 9.192.631.770.
Questo stesso valore venne tradotto in una frequenza corrispondente, che è oggi utilizzata artificialmente per provocare il salto quantico. Grazie ad un complesso sistema, la frequenza di ripetitività del salto quantico, viene misurata e trasmessa attraverso delle frequenze radio ad un computer, che la traduce in termini numerici utili alla misurazione del tempo.
Evoluzione nel tempo di questo particolare orologio
Studi più recenti, in particolare una ricerca portata avanti da alcuni scienziati della University of Colorado, ha sperimentato un nuovissimo orologio basato sullo stronzio 38 Sr allo stato gassoso raffreddato ad un temperato bassissima leggermente minore dello zero assoluto. Questo nuovo sistema permette di superare gli attuali orologi atomici, basati invece sul cesio.
Prima di questa strabiliante scoperta, gli scienziati erano riusciti poco tempo fa a realizzare, comunque, l’orologio con una precisione tale da garantire la perdita di un secondo in circa 300 milioni di anni.
Questa evoluzione consentirebbe di arrivare ad una precisione ancora maggiore, che farebbe perdere un solo secondo ogni 90 miliardi di anni. Un traguardo senza precedenti. Anche se può sembrare eccezionale gli scienziati non sono ancora soddisfatti del traguardo raggiunto.
La continua evoluzione nelle scoperte del cosmo e delle regole che lo governano, infatti, richiede sempre maggiore precisione al fine di poter valutare specifici fenomeni come ad esempio la deformazione dello spazio-tempo. Uno degli usi a cui sicuramente sarà impiegato il nuovo orologio sarà quello di studiare le onde gravitazionali. Adesso è facile capire come, se il vostro orologio non tiene perfettamente il tempo, non è certo un dramma di cui preoccuparsi più di tanto.
