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L'unità di base 1 secondo è la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione corrispondente al passaggio tra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo del cesio 133.
Tradizionalmente l'uomo ha suddiviso il tempo basandosi sul movimento di rotazione della terra attorno al proprio asse (giorno) e di rivoluzione attorno al sole (anno). Con l'affinarsi delle tecniche di misurazione ci si è resi conto tuttavia che, per le moderne esigenze di precisione, il moto dei corpi celesti non era sufficientemente costante e non garantiva quindi la necessaria regolarità. Oggi l'unità di misura dei tempo viene perciò definita in riferimento a un particolare processo atomico.
Punto di partenza per questa definizione è la constatazione che i fotoni (quanti di luce) di stessa energia posseggono anche la stessa frequenza (periodo). Data quindi una transizione radiativa atomica esattamente nota, il secondo può essere definito come un certo multiplo del relativo periodo. Nel caso dell'atomo di cesio 133, la frequenza è compresa nella gamma delle microonde. Il multiplo ricercato è in questo caso 9 192 631 770. Un orologio al cesio costruito secondo tale principio permette oggi di ottenere una precisione di oltre 0,1 ms al giorno.
Diverse centinaia di orologi atomici sono sparsi nel mondo intero. Sulla base delle indicazioni di circa 190 di tali orologi, dei quali 8 nell'Ufficio federale di metrologia a Wabern, 3 nell'Osservatorio di Neuchátel e presso le PTT a Berna, le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) di Parigi calcola il tempo atomico internazionale (Temps Atomique International, TAI). In ragione delle irregolarità della rotazione della terra, il tempo astronomico (Universal Time, UT) può scostarsi di oltre un secondo l'anno dal TAI. In considerazione di tali differenze, è stato deciso di introdurre una specie di tempo pratico che si chiama tempo universale coordinato (Universal Time Coordinated, UTC), in cui la durata del secondo corrisponde esattamente a quella del TAI, mentre l'allineamento sull'UT è ottenuto al meglio di ±0,9 di secondo, inserendo secondi intercalari positivi o negativi. La Svizzera ha aderito a tale Convenzione, che era stata firmata nel 1972.