Con l'avvicinarsi dell'ora legale, vedrai molti promemoria per spostare l'orologio di un'ora avanti prima di andare a dormire il sabato sera. Questo ci ha fatto pensare agli orologi che si sono impostati. Disponibili ampiamente per un minimo di $ 10 o $ 15, questi orologi radiocontrollati sono sempre più popolari, in quanto si adattano automaticamente ai turni di tempo e funzioneranno praticamente ovunque negli Stati Uniti continentali. Potresti possederne uno già. Ma potresti non sapere come funzionano.
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L'aspetto a bassa tecnologia di questo orologio nasconde un elaborato sistema per tenerlo esattamente in sintonia con ciò che il National Institute of Standards and Technology ritiene l'ora ufficiale: un orologio calibrato dal movimento di un gruppo di atomi di cesio a Boulder, in Colorado. Ospitato presso il Physical Measurement Laboratory del NIST, questo è l'orologio atomico ufficiale e tiene il tempo per l'intero paese.
L'apparato sofisticato, noto come NIST-F1, è l'ultimo di una linea di orologi atomici ad alta tecnologia ed è stato ufficialmente adottato come standard temporale statunitense nel 1999. La precisione del NIST-F1 è in costante miglioramento e, a partire dal 2010, gli scienziati calcolato che la sua incertezza era stata ridotta al punto da non guadagnare né perdere un secondo nel corso di 100 milioni di anni.
Questo grado di precisione è raggiunto da una complessa configurazione tecnologica. Nel 1967, l'International Bureau of Weights and Measures definì ufficialmente un solo secondo come il tempo impiegato da un singolo atomo di cesio per passare tra i livelli di energia un determinato numero di volte, cioè la frequenza di risonanza naturale del cesio. NIST-F1 è noto come un orologio atomico a fontana di cesio perché utilizza una matrice di laser simile a una fontana per manipolare gli atomi di cesio e rilevare questa frequenza nel modo più accurato possibile.
All'interno del dispositivo, sei potenti laser sono mirati a un gas contenente atomi di cesio, che rallenta il loro movimento e li raffredda fino a temperature di appena un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto. Successivamente, un paio di laser verticali spingono la sfera aggregata di atomi di cesio a circa un metro di altezza nella cavità, che è riempita di radiazione a microonde. Mentre scivola verso il basso, un altro laser viene puntato sugli atomi e rileva quanti sono stati alterati dalle microonde. Gli scienziati calibrano la frequenza delle microonde per massimizzare il numero di atomi interessati.
Il NIST utilizza questa misura della frequenza di risonanza del cesio come seconda ufficiale dello standard di tempo primario statunitense. Ma come arriva l'orologio radiocontrollato? Lo standard orario ufficiale viene inviato a WWVB, la stazione radio a onde corte del NIST a Fort Collins, Colorado. Una volta al minuto, WWVB utilizza cinque antenne per trasmettere un codice digitale che indica l'ora ufficiale, incluso l'anno, la data, l'ora, i minuti e se l'ora legale è in vigore in tutto il paese.
La maggior parte degli orologi radiocontrollati sono programmati per ricevere questo segnale una volta al giorno con i ricevitori integrati e calibrare il loro tempo di conseguenza. Gli esperti affermano che il tuo orologio radiocontrollato funzionerà meglio quando posizionato vicino a una finestra di fronte alla fonte della trasmissione, Fort Collins. Molti altri paesi hanno le loro trasmissioni orarie ufficiali, basate su altri orologi atomici.
Un orologio che rimane preciso per 100 milioni di anni è abbastanza buono, giusto? Non per NIST. Nel 2010, hanno annunciato progressi nello sviluppo di un nuovo "orologio logico quantico", che mantiene il tempo basato su un singolo atomo di alluminio. Il nuovo orologio non guadagnerà né perderà un secondo in 3, 7 miliardi di anni, riferiscono i ricercatori, dandogli il titolo di orologio più preciso al mondo.
Quindi quest'anno, se l'orologio salta automaticamente un'ora avanti alle 2 di domenica, ricorda che un motivo complicato di laser e atomi a migliaia di miglia di distanza è il motivo. Abbiamo sicuramente fatto molta strada dal guardare le meridiane e gli orologi a carica.
