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Orologio atomico, tipo di orologio che utilizza determinate frequenze di risonanza degli atomi (solitamente cesio o rubidio) per tenere il tempo con estrema precisione. I componenti elettronici degli orologi atomici sono regolati dalla frequenza della radiazione elettromagnetica a microonde. Solo quando questa radiazione è mantenuta ad una frequenza altamente specifica, indurrà la transizione quantica (cambiamento di energia) degli atomi di cesio o rubidio. In un orologio atomico queste transizioni quantiche sono osservate e mantenute in un ciclo di feedback che regola la frequenza della radiazione elettromagnetica; come gli eventi ricorrenti in altri tipi di orologi, queste onde sono poi contate.
Nel 1967 la 13a Conferenza Generale su Pesi e Misure ridefinì il secondo, l’unità di tempo nel Sistema Internazionale di Unità, in termini di standard del cesio in modo da eguagliare il secondo del Tempo delle Effemeridi. La conferenza ha definito il secondo come “la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell’atomo di cesio-133.”
Fino agli anni ’90 l’orologio atomico a fascio di cesio era lo standard più preciso del tempo e della frequenza atomica. Il principio alla base dell’orologio al cesio è che tutti gli atomi di cesio-133 sono identici e, quando assorbono o rilasciano energia, producono radiazioni esattamente della stessa frequenza, il che rende gli atomi degli orologi perfetti. Da allora, i laboratori di tutto il mondo hanno costantemente migliorato la precisione degli orologi atomici a fontana al cesio. Questi orologi prendono il loro nome dal movimento a fontana del gas di cesio che li costituisce. Il processo di cronometraggio inizia introducendo il gas di cesio in una camera a vuoto e dirigendo sei laser infrarossi (situati ad angolo retto l’uno rispetto all’altro) per compattare e raffreddare (rallentare) gli atomi di cesio ad una temperatura vicina allo zero assoluto. Poi due laser verticali sono usati per spingere gli atomi in alto di circa un metro (creando una “fontana”) attraverso una cavità riempita di microonde. La frequenza delle microonde è sintonizzata per massimizzare la fluorescenza osservata, che si verifica alla frequenza di risonanza naturale (9.192.631.770 Hz) dell’atomo di cesio. Poiché il viaggio di andata e ritorno attraverso la cavità a microonde dura circa un secondo, il controllo della frequenza delle microonde ha portato a una maggiore precisione nella misurazione del tempo. I migliori orologi atomici a fontana di cesio sono ora previsti per essere fuori di meno di un secondo in più di 50 milioni di anni.
Encyclopædia Britannica, Inc.