Who decides how long a second is? - John Kitching

Traduttore: Revisore: Chiara Polesinanti

In 1967, researchers from around the world

Nel 1967, i ricercatori da tutto il mondo

gathered to answer a long-running scientific question—

si riunirono per rispondere a un annoso quesito scientifico:

just how long is a second?

quanto dura un secondo?

It might seem obvious at first.

Potrebbe sembrare ovvio.

A second is the tick of a clock,

Un secondo è un ticchettio d’orologio,

the swing of a pendulum, the time it takes to count to one.

una oscillazione del pendolo, il tempo di contare fino a uno.

But how precise are those measurements?

Ma quanto sono precise queste misurazioni?

What is that length based on?

Su cosa si basa la durata?

And how can we scientifically define this fundamental unit of time?

E come stabiliamo scientificamente l’unità fondamentale del tempo?

For most of human history, ancient civilizations

Per gran parte della storia dell’umanità,

la antiche civiltà hanno misurato il tempo con calendari specifici

measured time with unique calendars

that tracked the steady march of the night sky.

impostati sul moto notturno degli astri.

In fact, the second as we know it wasn’t introduced until the late 1500’s,

Il secondo che conosciamo oggi fu infatti introdotto solo a fine 1500,

con la diffusione mondiale del calendario gregoriano

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

alongside British colonialism.

attraverso il colonialismo britannico.

The Gregorian calendar defined a day as a single revolution of the Earth

Secondo il calendario gregoriano,

un giorno coincideva con una singola rivoluzione terrestre sul proprio asse.

about its axis.

Each day could be divided into 24 hours, each hour into 60 minutes,

Un giorno poteva essere diviso in 24 ore,

un’ora in 60 minuti,

and each minute into 60 seconds.

e un minuto in 60 secondi.

However, when it was first defined,

Comunque, appena istituito,

the second was more of a mathematical idea than a useful unit of time.

il secondo era più un’idea matematica che un’unità di tempo utile.

Measuring days and hours was sufficient for most tasks in pastoral communities.

Contare i giorni e le ore era sufficiente per gran parte delle attività rurali.

It wasn’t until society became interconnected

Non fu fino a quando la società fu interconnessa dalla ferrovia,

through fast-moving railways that cities needed to agree on exact timekeeping.

che le città dovettero accordarsi sul calcolo del tempo.

By the 1950’s, numerous global systems required every second

Negli anni ’50, molti sistemi globali richiedevano che ogni secondo

to be perfectly accounted for, with as much precision as possible.

fosse conteggiato il più accuratamente possibile.

And what could be more precise than the atomic scale?

E cosa c'è di più preciso della scala atomica?

As early as 1955, researchers began to develop atomic clocks,

Già nel 1955 i ricercatori iniziarono a sviluppare degli orologi atomici,

which relied on the unchanging laws of physics

basati sulle immutabili leggi della fisica,

to establish a new foundation for timekeeping.

destinati a rivoluzionare il calcolo del tempo.

An atom consists of negatively charged electrons

Un atomo è formato da elettroni con carica negativa

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

che orbitano a una frequenza costante intorno a un nucleo di carica positiva.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

Le leggi della meccanica quantistica mantengono gli elettroni al loro posto,

but if you expose an atom to an electromagnetic field

ma se si espone un atomo a un campo elettromagnetico,

such as light or radio waves,

ad esempio alla luce o alle onde radio,

you can slightly disturb an electron’s orientation.

si può alterare leggermente l’orientamento dell’elettrone.

And if you briefly tweak an electron at just the right frequency,

E se si sollecita brevemente un elettrone con la giusta frequenza,

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

si può creare una vibrazione simile al ticchettio di un pendolo.

Unlike regular pendulums that quickly lose energy, electrons can tick for centuries.

Diversamente dal normale pendolo che perde energia velocemente,

gli elettroni possono vibrare per secoli.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

Per mantenere l’uniformità e facilitare la misurazione,

researchers vaporize the atoms,

i ricercatori vaporizzano gli atomi,

converting them to a less interactive and volatile state.

per ridurne la reattività e la volatilità.

But this process doesn’t slow down the atom’s remarkably fast ticking.

Ma questo processo non rallenta il velocissimo ticchettio dell'atomo.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

Certi atomi possono oscillare più di nove miliardi di volte al secondo.

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

garantendo agli orologi atomici una precisione inarrivabile.

And since every atom of a given elemental isotope is identical,

E poiché tutti gli atomi di un dato isotopo di un elemento sono identici,

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

due ricercatori che usino lo stesso elemento

e la stessa onda elettromagnetica,

should produce perfectly consistent clocks.

dovrebbero creare orologi perfettamente sincronizzati.

But before timekeeping could go fully atomic,

Ma prima che la misurazione del tempo potesse diventare atomica,

countries had to decide which atom would work best.

gli stati dovevano decidere quale atomo fosse il più adatto.

This was the discussion in 1967,

Questo venne deciso nel 1967,

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

alla Tredicesima Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure.

for Weights and Measures.

There are 118 elements on the periodic table,

Nella tavola periodica ci sono 118 elementi,

each with their own unique properties.

ognuno con proprietà uniche.

For this task, the researchers were looking for several things.

Per sceglierlo, i ricercatori considerarono alcuni fattori.

The element needed to have long-lived

L’elemento doveva avere

and high frequency electron oscillation for precise, long-term timekeeping.

un’oscillazione elettronica di lunga durata e ad alta frequenza

per una misurazione duratura e precisa.

To easily track this oscillation,

Per monitorare facilmente l’oscillazione,

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

doveva avere anche un numero quantico di spin misurabile in modo affidabile —

meaning the orientation of the axis about which the electron rotates—

cioè l’orientamento dell’asse di rotazione dell’elettrone —

as well as a simple energy level structure—

e una struttura semplice dei livelli di energia —

meaning the active electrons are few and their state is simple to identify.

in cui gli elettroni attivi sono pochi e il loro stato facile da identificare.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

Infine, doveva essere facile da vaporizzare.

The winning atom? Cesium-133.

L’atomo vincitore? Il cesio 133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

Il cesio era già utilizzato nelle ricerche sugli orologi atomici,

and by 1968, some cesium clocks were even commercially available.

e nel 1968, gli orologi a cesio vennero perfino commercializzati.

All that was left was to determine how many ticks of a cesium atom

Restava solo da determinare quanti ticchettii un atomo di cesio

were in a second.

producesse al secondo.

The conference used the most precise astronomical measurement

La conferenza usò ilpiù preciso calcolo astronomico del secondo

of a second available at the time—

allora disponibile,

beginning with the number of days in a year and dividing down.

inziando dal numero di giorni in un anno e dividendo in parti più piccole.

When compared to the atom’s ticking rate,

Comparato al ticchettio dell’atomo,

the results formally defined one second

il risultato definiva formalmente un secondo

as exactly 9,192,631,770 ticks of a cesium-133 atom.

come esattamente uguale a nove miliardi

centonovantadue milioni

seicentotrentunomila

settecentosettanta

oscillazioni di un atomo di Cesio 133.

Today, atomic clocks are used all over the Earth— and beyond it.

Oggi, gli orologi atomici si usano regolarmente sulla Terra e oltre.

From radio signal transmitters to satellites

Dai trasmettitori di segnali radio ai satelliti per la geolocalizzazione,

for global positioning systems,

these devices have been synchronized

questi strumenti sono stati sincronizzati

to help us maintain a globally consistent time—

per misurare puntualmente il tempo su scala globale

with precision that’s second to none.

con una precisione da spaccare il secondo.