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Nuovo orologio atomico

Natascia Castagna, "signora del tempo" alle prese con il rallentamento degli atomi (Foto: Osservatorio Neuchâtel)

Scandisce il tempo con una precisione straordinaria. L'orologio atomico sarà il nuovo sistema di riferimento per l'orario internazionale.

L'invenzione svizzera consentirà di mettere a punto un sistema di navigazione satellitare europeo.

Il segnale orario dei nostri notiziari radio e televisivi diventerà ancora più preciso grazie al sistema messo a punto da un gruppo di fisici dell'Osservatorio cantonale di Neuchâtel con il sostegno del Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica.

Il segnale trasmesso avrà una precisione di 0,000000000000001 secondi. L'orologio atomico appartiene a una nuovissima generazione di sistemi fondati sul raffreddamento dell'atomo. A marzo sarà consegnato all'Ufficio federale per la metrologia e l'accreditamento (METAS).

Modelli simili sono già in funzione negli Stati Uniti, in Francia e Germania: rispetto ai sistemi della precedente generazione vantano una precisione dieci volte superiore.

Il raffreddamento degli atomi di cesio

Il principio dell'orologio atomico si basa sul raffreddamento di atomi di cesio-133 tramite un laser. In sostanza è l'oscillazione di questi atomi raffreddati a scandire il tempo: un secondo corrisponde infatti esattamente a 9'192'631'770 oscillazioni dell'atomo di cesio.

Normalmente gli atomi si muovono a 200 metri al secondo, una velocità eccessiva per potere essere osservati con esattezza. La misurazione risulta quindi difficile, a scapito anche della precisione.

Il trucco consiste nel frenare questi atomi. In gergo si parla di raffreddarli. Con questo sistema i fisici di Neuchâtel sono riusciti ad abbassare la velocità a 6 centimetri al secondo.

A questi atomi «facciamo fare un volo parabolico continuo. La traiettoria è di un 1 metro e mezzo in tutto», spiega Natascia Castagna, ricercatrice dell'Osservatorio di Neuchâtel. «Grazie alle trasmissioni atomiche si ricava una frequenza che è la più precisa esistente al mondo.»

Sull'arco di 30 milioni di anni, due orologi provvisti di questa tecnica differirebbero di 1 secondo al massimo l'uno dall'altro.

Sistema di navigazione satellitare europeo

Una precisione, questa, che avrà un'utilità soprattutto nei sistemi di rilevamento geografico, come il GPS americano, in uso sia per le navi che per automobili.

Il sistema satellitare ha bisogno di un orologio in frequenza. Più questo orologio è preciso, più sarà esatta la conseguente localizzazione geografica che si può ottenere dal sistema.
La frazione di un miliardo di secondo (un nanosecondo) di "errore" su un sistema satellitare significa già 30 cm di scostamento.

«L'orologio atomico svizzero sarà messo a disposizione del sistema Galileo, sistema europeo e indipendente da quello americano», annuncia Natascia Castagna.

Ricerca costosa, risultato di presitigio

Dal 1997 tre fisici dell'Osservatorio di Neuchâtel si occupano concretamente dell'orologio atomico. I costi complessivi della ricerca sono stimati in 3 milioni di franchi, secondo il direttore del progetto Pierre Thomman.

La Svizzera sarà tra i pochi paesi ad avere un laboratorio con una misura campione sulla base dell'atomo freddo. «Tornerà ad essere tra i paesi all'avanguardia nella misurazione del tempo», dice Thomman. Una posizione di prestigio, sia per la città di Neuchâtel, sia per la Svizzera, che hanno entrambe una tradizione orologiera da difendere.

swissinfo, Rolando Stocker

Fatti e cifre

Lo sviluppo dell'orologio è iniziato nel 1997
Il costo della ricerca ammonta a 3 milioni di franchi
Un secondo corrisponde esattamente a 9'192'631'770 oscillazioni di un atomo di cesio
Rallentando l'atomo il tempo disponibile per la misurazione è di 50 volte superiore

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In breve

L'orologio atomico ideato dai fisici dell'Osservatorio di Neuchâtel è al più elevato standard di precisione possibile attualmente. Il rallentamento degli atomi di cesio permette di ottenere una precisione media di 0,000'000'000'000'001 secondi.
Sarà messo a diposizione dei ricercatori di Galileo per un sistema di navigazione satellitare europeo, indipendente dal GPS americano.

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