Il cronometraggio può essere semplice come contare “un Mississippi, due Mississippi . . .”prima di blitzing nel calcio cortile, o il monitoraggio delle oscillazioni avanti e indietro di un pendolo in un orologio a pendolo.
In entrambi i casi, il trucco sta contando gli intervalli di qualcosa che si verifica ripetutamente con la minima variazione possibile. Un’oscillazione del pendolo, diciamo, o un ‘Mississippi’ equivale quasi a un secondo, l’unità di cronometraggio che, come sappiamo, comprende minuti e ore.
Ma anche i migliori pendoli meccanici e orologi a base di cristallo di quarzo sviluppano discrepanze. Molto meglio per il cronometraggio è la “vibrazione” naturale ed esatta in un atomo eccitato.
Quando esposte a determinate frequenze di radiazioni, come le onde radio, le particelle subatomiche chiamate elettroni che orbitano attorno al nucleo di un atomo “saltano” avanti e indietro tra gli stati energetici. Gli orologi basati su questo salto all’interno degli atomi possono quindi fornire un modo estremamente preciso per contare i secondi.
Non sorprende quindi che lo standard internazionale per la lunghezza di un secondo sia basato sugli atomi. Dal 1967, la definizione ufficiale di un secondo è 9.192.631.770 cicli della radiazione che fa vibrare un atomo dell’elemento chiamato cesio tra due stati energetici.
All’interno di un orologio atomico al cesio, gli atomi di cesio sono incanalati in un tubo dove passano attraverso le onde radio . Se questa frequenza è giusta 9.192.631.770 cicli al secondo, gli atomi di cesio “risuonano” e cambiano il loro stato energetico.
Un rivelatore all’estremità del tubo tiene traccia del numero di atomi di cesio che lo raggiungono che hanno cambiato i loro stati energetici. Più finemente sintonizzata la frequenza delle onde radio è di 9.192.631.770 cicli al secondo, più atomi di cesio raggiungono il rivelatore.
Il rilevatore riporta le informazioni nel generatore di onde radio. Sincronizza la frequenza delle onde radio con il numero di picco di atomi di cesio che lo colpiscono. Altri componenti elettronici nell’orologio atomico contano questa frequenza. Come con una singola oscillazione del pendolo, un secondo viene spuntato quando viene raggiunto il conteggio delle frequenze.
I primi orologi atomici di qualità realizzati nel 1950 erano basati sul cesio, e tali orologi affinati a maggiore precisione nel corso dei decenni rimangono la base utilizzata per mantenere il tempo ufficiale in tutto il mondo.
Negli Stati Uniti, i migliori orologi sono mantenuti dal National Institutes of Standards and Technology (NIST) a Boulder, Colo., e lo United States Naval Observatory (USNO) a Washington, D. C.
L’orologio atomico al cesio NIST-F1 può produrre una frequenza così precisa che il suo errore di tempo al giorno è di circa 0,03 nanosecondi, il che significa che l’orologio perderebbe un secondo in 100 milioni di anni.
Il cronometraggio super accurato è parte integrante di molti elementi della vita moderna, come le comunicazioni elettroniche ad alta velocità, le reti elettriche e il Global Positioning System (GPS) e, naturalmente, sapere quando si accende il tuo programma televisivo preferito.
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