Spiegazione degli orologi atomici
Pubblicato da Richard Williams N on Aprile 20th, 2009
È un orologio atomico radioattivo?
An orologio atomico mantiene il tempo meglio di qualsiasi altro orologio. Hanno anche un tempo migliore rispetto alla rotazione della Terra e al movimento delle stelle. Senza l'orologio atomico, la navigazione GPS sarebbe impossibile, Internet non si sincronizzerebbe e la posizione dei pianeti non sarebbe nota con sufficiente accuratezza da consentire il lancio e il monitoraggio delle sonde spaziali e dei lander.
Un orologio atomico non è radioattivo, non si basa sul decadimento atomico. Piuttosto, un orologio atomico ha una massa oscillante e una molla, proprio come normali orologi.
La grande differenza tra un orologio standard nella tua casa e un orologio atomico è che l'oscillazione in un orologio atomico è tra il nucleo di un atomo e gli elettroni circostanti. Questa oscillazione non è esattamente un parallelo al bilanciere e alla spirale di un orologio, ma il fatto è che entrambi usano le oscillazioni per tenere traccia del tempo che passa. Le frequenze di oscillazione all'interno dell'atomo sono determinate dalla massa del nucleo e dalla gravità e dalla "molla" elettrostatica tra la carica positiva sul nucleo e la nuvola di elettroni che la circonda.
Quali sono i tipi di orologio atomico?
Oggi, sebbene ci siano diversi tipi di orologio atomico, il principio alla base di tutti loro rimane lo stesso. La principale differenza è associata all'elemento utilizzato e ai mezzi per rilevare quando il livello di energia cambia. I vari tipi di orologio atomico includono:
L'orologio atomico al cesio impiega un fascio di atomi di cesio. L'orologio separa gli atomi di cesio di diversi livelli di energia per mezzo del campo magnetico.
L'orologio atomico dell'idrogeno mantiene gli atomi di idrogeno al livello di energia richiesto in un contenitore con pareti di un materiale speciale in modo che gli atomi non perdano il loro stato di energia superiore troppo rapidamente.
L'orologio atomico del Rubidio, il più semplice e compatto di tutti, utilizza una cella di vetro di gas di rubidio che cambia il suo assorbimento della luce alla frequenza del rubidio ottico quando la frequenza delle microonde circostanti è giusta.
L'orologio atomico commerciale più accurato disponibile oggi utilizza l'atomo di cesio e i normali campi magnetici e rilevatori. Inoltre, gli atomi di cesio vengono bloccati dallo scheletro avanti e indietro dai raggi laser, riducendo i piccoli cambiamenti di frequenza dovuti all'effetto Doppler.
Quando è stato inventato l'orologio atomico? orologio atomico
In 1945, il professore di fisica della Columbia University Isidor Rabi ha suggerito che un orologio potrebbe essere realizzato con una tecnica che ha sviluppato negli 1930 chiamati risonanza magnetica a raggio atomico. Con 1949, National Bureau of Standards (NBS, ora National Institute of Standards and Technology, NIST) ha annunciato il primo orologio atomico al mondo che utilizza la molecola di ammoniaca come fonte di vibrazioni e da 1952 ha annunciato il primo orologio atomico utilizzando gli atomi di cesio come fonte di vibrazione, NBS-1.
In 1955, il National Physical Laboratory (NPL) in Inghilterra costruì il primo orologio atomico a fascio di cesio usato come fonte di calibrazione. Nel decennio successivo furono create forme più avanzate di orologi atomici. In 1967, la 13th Conferenza generale su pesi e misure definiva il secondo SI sulla base delle vibrazioni dell'atomo di cesio; il sistema di cronometraggio del mondo non aveva più una base astronomica a quel punto! NBS-4, l'orologio atomico al cesio più stabile al mondo, è stato completato in 1968 e utilizzato negli 1990 come parte del sistema NPL time.
In 1999, NPL-F1 ha iniziato a funzionare con un'incertezza delle parti 1.7 in 10 al potere 15th, o la precisione a circa un secondo in 20 milioni di anni, rendendolo l'orologio atomico più accurato mai fatto (una distinzione condivisa con uno standard simile in Parigi).
Come viene misurato il tempo di orologio atomico?
La frequenza corretta per la particolare risonanza del cesio è ora definita da un accordo internazionale come 9,192,631,770 Hz in modo che quando diviso per questo numero l'uscita sia esattamente 1 Hz o 1 al secondo.
L'accuratezza a lungo termine ottenibile dal moderno orologio atomico al cesio (il tipo più comune) è migliore di un secondo ogni milione di anni. L'orologio atomico dell'idrogeno mostra una precisione migliore a breve termine (una settimana), circa 10 volte la precisione di un orologio atomico al cesio. Pertanto, l'orologio atomico ha aumentato la precisione della misurazione del tempo di circa un milione di volte rispetto alle misurazioni effettuate mediante tecniche astronomiche.
Synchonising ad un orologio atomico
Il modo più semplice per sincronizzare un orologio atomico è usare a server NTP dedicato. Questi dispositivi riceveranno il segnale di orologio GPS ataomico o le onde radio da luoghi come NIST o NPL.
Questo post è stato scritto da Richard Williams N
Richard N Williams è un autore tecnico e specialista nel settore della sincronizzazione server NTP e ora. Richard Williams N su Google+
