L'anno scorso, 2012, sono trascorsi quarantacinque anni da quando l'umanità ha deciso di utilizzare il cronometraggio atomico per misurare il tempo nel modo più accurato possibile. Nel 1967, nel sistema internazionale SI, la categoria del tempo non era più determinata dalle scale astronomiche: furono sostituite dallo standard di frequenza del cesio. Fu lui a ricevere il nome ormai popolare: orologi atomici. L'ora esatta che consentono di determinare ha un errore trascurabile di un secondo in tre milioni di anni, il che consente loro di essere utilizzati come standard di tempo in qualsiasi angolo del mondo.
Un po' di storia
L'idea stessa di utilizzare le vibrazioni atomiche per una misurazione ultra precisa del tempo fu espressa per la prima volta nel 1879 dal fisico britannico William Thomson. Nel ruolo di emettitore di atomi di risonatore, questo scienziato ha proposto l'uso dell'idrogeno. I primi tentativi di mettere in pratica l'idea furono fatti solo negli anni '40. XX secolo. E il primo orologio atomico funzionante al mondoè apparso nel 1955 nel Regno Unito. Il loro creatore fu il fisico sperimentale britannico Dr. Louis Essen. Questo orologio funzionava sulla base delle vibrazioni degli atomi di cesio-133 e, grazie a loro, gli scienziati sono stati finalmente in grado di misurare il tempo con una precisione molto maggiore rispetto a prima. Il primo dispositivo di Essen consentiva un errore di non più di un secondo ogni cento anni, ma successivamente l'accuratezza delle misurazioni è aumentata molte volte e l'errore al secondo può accumularsi solo in 2-3 centinaia di milioni di anni.
Orologi atomici: come funzionano
Come funziona questo ingegnoso "dispositivo"? Come generatore di frequenza di risonanza, gli orologi atomici utilizzano i livelli di energia di molecole o atomi a livello quantistico. La meccanica quantistica stabilisce una connessione tra il sistema "nucleo atomico - elettroni" con diversi livelli di energia discreti. Se un tale sistema è influenzato da un campo elettromagnetico con una frequenza rigorosamente specificata, questo sistema passerà da un livello basso a uno alto. È possibile anche il processo inverso: il passaggio di un atomo da un livello superiore a uno inferiore, accompagnato dall'emissione di energia. Questi fenomeni possono essere controllati e registrati tutti i s alti di energia creando qualcosa come un circuito oscillatorio (è anche chiamato oscillatore atomico). La sua frequenza di risonanza corrisponderà alla differenza di energia tra i livelli di transizione atomica vicini, divisa per la costante di Planck.
Un tale circuito oscillatorio ha innegabili vantaggi rispetto ai suoi predecessori meccanici e astronomici. Per unoun tale oscillatore atomico, la frequenza di risonanza degli atomi di qualsiasi sostanza sarà la stessa, cosa che non si può dire di pendoli e piezocristalli. Inoltre, gli atomi non cambiano le loro proprietà nel tempo e non si consumano. Pertanto, l'orologio atomico è un cronometro estremamente preciso e quasi perpetuo.
Tempo preciso e tecnologia moderna
Reti di telecomunicazioni, comunicazioni satellitari, GPS, server NTP, transazioni elettroniche in borsa, aste online, procedura per l'acquisto di biglietti tramite Internet: tutti questi e molti altri fenomeni sono da tempo saldamente radicati nelle nostre vite. Ma se l'umanità non avesse inventato l'orologio atomico, tutto questo semplicemente non sarebbe accaduto. Un tempo preciso, sincronizzato con il quale permette di ridurre al minimo eventuali errori, ritardi e ritardi, consente a una persona di sfruttare al meglio questa preziosa risorsa insostituibile, che non è mai eccessiva.
