Il tempo scandito dall' atomo.
Col cesio scarto di 1" in 100 mila anni
(pubblicato il 3 febbraio 1993 su TuttoScienze)
TRA le sette unità di misura fondamentali (vedi Le
sette unità fondamentali) ci occupiamo oggi di quella di
tempo: il secondo.
Per definizione il secondo è l' intervallo di tempo che contiene 9. 192.
631. 770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra i due
livelli iperfini dello stato fondamentale dell' atomo di cesio 133 (XIII
Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure, 1967). Il secondo fu definito
originariamente come la frazione 1/86.400 della durata del giorno solare medio.
L' esatta definizione del "giorno solare medio" fu compito degli
astronomi, ma le loro misure dimostrarono che, a
causa delle irregolarità del moto di rotazione della Terra, tale definizione
non garantiva sufficiente accuratezza. Per definire l'unità di tempo con
un valore migliore dell' incertezza, la XI Conferenza Generale dei Pesi e delle
Misure adottò la definizione fornita dall' Unione Astronomica Internazionale
che era basata sull'anno tropico. Intanto attraverso un' intensa attività di
ricerca avviata negli anni 50 per utilizzare fenomeni atomici come riferimento
più accurato dei moti della Terra si dimostrava la possibilità di realizzare
un orologio atomico basato sulla transizione tra due livelli energetici di un
atomo o di una molecola. La XIII Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure nel
1967, considerando indispensabile una più accurata definizione dell' unità di
tempo del sistema internazionale, decise di sostituire la definizione del
secondo con quella sopra riportata.
L' orologio atomico a fascio di cesio realizza la definizione dell' unità
di intervallo di tempo, il secondo. Produrre oscillazioni elettriche
perfettamente agganciate alla frequenza di transizione dell' atomo di cesio
richiede un' apparecchiatura elettronica quanto mai complessa, comprendente, tra
l' altro, la sorgente di atomi di cesio, un oscillatore al quarzo,
moltiplicatori e sintetizzatori di frequenza, campi magnetici. Tuttavia l'
orologio al cesio è da circa 30 anni prodotto da industrie americane ed
europee. Esso consente di misurare intervalli di tempo superiori a 100 secondi
con una incertezza dell' ordine di 0, 1 ns, il che significa determinare un
intervallo di 100 secondi con una incertezza di 0, 1 nanosecondi cioè 0, 1
miliardesimi di secondo. Dovrebbero quindi passare più di centomila anni prima
che si possa accumulare lo scarto di un secondo. Per quanto piccola possa
sembrare, questa incertezza è ai limiti delle esigenze tecniche più avanzate;
infatti caratteristiche così elevate sono richieste soprattutto nelle
telecomunicazioni, nella radionavigazione, nella navigazione spaziale ed in
settori di ricerca come la radioastronomia, la geodesia
e la geodinamica.
In Italia l' Istituto Elettrotecnico Nazionale "Galileo Ferraris"
di Torino è responsabile della generazione e del mantenimento dell' unità di
tempo e della scala di tempo nazionale UTC (IEN) (UTC = Tempo Universale
Coordinato).
La scala di tempo è ottenuta per derivazione del campione nazionale, cioè
l' orologio a fascio di cesio, che è selezionato tra cinque orologi disponibili
conservati in un apposito laboratorio con temperatura e umidità controllata
posto 12 metri sotto il livello del suolo. La scala di tempo UTC (IEN), base
dell' ora legale in Italia, è mantenuta entro 2 milionesimi di secondo in più
o in meno rispetto alla scala internazionale UTC, elaborata dall' Ufficio
Internazionale dei Pesi e delle Misure di Sevres. La disseminazione della scala
di tempo in Italia avviene attraverso l' emissione di segnali orari.
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