Il custode
del tempo
JoachimUllrichèPresidente
del PTB (Physikalisch-TechnischenBundesanstalt, l’Istituto
Tecnico Fisico Federale) di Braunschweig.Qui sono conservati alcuni degli orologi più
precisi delmondo.Nell’intervista, il fisicospiega come funzionano, comesi interfacciano
con l’oramondialeea cosaserve calcolare conprecisione i secondi finoallasestaposizione
decimale.
Intervista
trends inautomation:
ProfessorUllrich, il PTBè famosoper
laprecisionedei suoi orologi edèconsideratoun’autorità in
materiadi orari.Machecos’è in realtà il tempo?
Prof.Dr. JoachimH.Ullrich:
Si trattadi un temapienodi sfac-
cettature.Noi fisici la facciamosempliceedefiniamo il tempo
medianteprocessi prevedibili e ricorrenti, adesempio
la rotazione terrestreo il pendolo.Questadefinizione così
pragmatica ci èstata trasmessadaAlbert Einstein,membro
onorariodel PTBeNobel per lafisica. Il tempo inoltreèquello
scanditodall’orologio. DaEinsteinabbiamoappreso inoltre
che il tempoè relativo, adesempio trascorrepiù lentamente
quando cimuoviamoo ci troviamo indifficoltà. E relativaè
anche lapercezioneumanadel tempo. Citando liberamente
Einstein, dueminuti in compagniadi unabella ragazzasembra-
nopochissimi,mentredueminuti suun forno caldopossono
sembrare infinitamente lunghi.
Ci sonoanchealtrequestionimoltodibattute, adesempio
se il tempoabbiaun inizioeunafineequantoduri di fatto il
presentenellapercezioneumana. Anche l’orologiobiologico
e lepeculiarità culturali in relazioneal temposonoargomenti
attuali edi grande interesse trattati dallascienza.
Comesimisura il tempo?
Ullrich:
Conunpendolo, adesempio. Più il pendoloè corto,
piùoscillavelocementeepiùmisura il tempo conprecisione.
Ancor piùprecisi sonogli orologi al quarzo, in cui un cristallo
viene fattooscillare con la tensioneelettrica. Il cristallooscilla
piùdi 30.000volteal secondo. Attualmenteperògli orologi più
precisi sonoquelli atomici, anchesegli atomi al loro interno
nonoscillano. Al loroposto intervengono raggi elettromagne-
tici, piùprecisamentemicroonde.Oscillanomoltopiùveloce-
mentedi un cristalloal quarzo, circanovemiliardi di volteal
secondo. L’irradiazionedellemicroondeeccitagli elettroni de-
gli atomi di cesio. Epoichéquestometodo funzionasoltanto
se i raggi hannounadeterminata frequenzadi oscillazione,
possiamodefinire il valoredi unsecondoedeterminarlo con
grandeprecisione.
Ovviamentedobbiamo controllare costantemente che il ciclo
definitosia correttoe chegli elettroni venganoeffettivamente
eccitati. A tal fine inviamogli atomi di cesio inun raggiooriz-
zontaleattraverso i campimagnetici edellemicroondee, tra-
miteun rilevatorepostonel puntoopportuno, contiamosoltan-
togli atomi i cui elettroni sonoeccitati.Nei nostri dueorologi
piùprecisi, il CSF1e il CSF2 (v. figuraadestra, Red.), ladisposi-
zioneèdiversaegli atomi di cesiovengonoemessi inperpendi-
colareverso l’alto comeuna fontana, attraverso il campodelle
microonde.Quando ricadono, attraversano il campo cadendo
unasecondavolta. Conquesti orologi atomici riusciamoasta-
bilire il secondo conunaprecisionedi sedici posizioni decimali.
Una taleprecisionenonènecessariaper gli orologi dapolso
ogli orologi stradali. Ealloraa cosaserveunaprecisione così
elevata?
Ullrich:
Le imprecisioni si accumulano, ancheabbastanza ve-
locemente. Per questomotivo, per garantireunaprecisione
elevataa lungo termine servonoorologimoltoprecisi. Inoltre
è importantemisurare il tempo conprecisione, soprattutto
per lequestioni scientifiche. Unodegli argomenti caldi per il
PTBèadesempio ladomanda relativaall’effettiva regolarità
delle costanti naturali, come la cosiddetta costantedi struttu-
rafine, su cui incidonoanche la velocitàdella lucee il quanto
d’azione (costantedi Planck). Ci sonoprovedel fatto chenon
lo siano. Sequesto sospetto venisse confermato, le conse-
guenze sarebberoenormi, perchémolte leggi emoltimodelli
si basano sulle costanti naturali.
Giànegli anni Trenta, quando i secondi eranodefiniti ancora
comeuna frazionedella rotazione terrestre, era successo che
lemisurazioni precise invalidasseroalcuneassunzioni
