Il cesio è il 55 ° elemento sulla tavola periodica degli elementi. Il cesio è lo standard per gli orologi atomici, e in realtà fornisce la definizione per il secondo! Alcune delle sue proprietà sono elencate di seguito:
| peso Atomico | 132.90545196 |
| Densità (a 20°C) | 1.9 g/cm3 |
| punto di Ebollizione | 944 K |
| Punto di fusione: | 301.59 K |
Cesio che definisce la nostra unità di tempo
La nostra unità di tempo più comune, la seconda, è stata originariamente definita in base alla rotazione della Terra; la Terra ruota attorno al suo asse una volta al giorno, con la seconda definita come 1/86,400 di un giorno (medio solare). A parte il fatto che ci sono diverse definizioni per cosa sia un “giorno”, usare la rotazione della Terra come definizione per il tempo non è pratico a causa di irregolarità nella frequenza della sua rotazione.
Oggigiorno, il cesio-133 viene utilizzato come definizione per il secondo a causa della frequenza affidabile del microonde che emette. La definizione è:
La seconda è 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.
In termini più semplici, l’energia radiante, o luce, sotto forma di microonde viene emessa ad una frequenza molto precisa da questa particolare transizione atomica. Osservando esattamente 9.192.631.770 periodi (o cicli) di questa onda elettromagnetica, si dice che sia passato un secondo.
Si noti che questa frequenza si verifica quando l’atomo di Cesio-133 è in isolamento a temperatura zero assoluta; in realtà sono necessarie correzioni per questo. Tuttavia, gli orologi atomici che utilizzano il Cesio mantengono il tempo entro una precisione di 2 o 3 parti nel 1014: questo significa che potrebbe perdere solo un secondo una volta ogni 1,4 milioni di anni!
Per saperne di più sulla scienza degli orologi al cesio, visita Hyperphysics.
Applicazioni
Ci sono molti usi immediatamente pratici per orologi estremamente precisi. Forse il più importante è nel sistema di posizionamento globale della Terra (GPS), che richiedono orologi atomici per fornire misurazioni accurate della distanza. Forniscono anche un riferimento temporale affidabile nelle applicazioni di ricerca scientifica, come la misurazione delle variazioni nelle frequenze delle pulsar. Gli orologi al cesio hanno anche fornito la precisione necessaria per testare la Relatività Generale, poiché un orologio atomico che opera in alto sopra la superficie terrestre in un satellite ticchetterà più velocemente di uno che opera a terra.
Video
Il video qui sotto è tratto dal progetto video periodico dell’Università di Nottingham. Hanno creato una suite completa di brevi video su ogni elemento sulla tavola periodica degli elementi.
- Realizzato internamente da un membro del team di educazione energetica, con informazioni dal suo Elemental (Jefferson Lab), disponibili: https://education.jlab.org/itselemental/ele055.html
- Jefferson Lab, L’elemento Cesio , disponibile: https://education.jlab.org/itselemental/ele055.html
- 3.0 3.1 3.2 Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). “Unità di tempo (secondo)”, Opuscolo SI, sec.2.1.1. 3 , Disponibile: https://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/second.html
- Osservatorio Navale degli Stati Uniti. “Atomi di cesio al lavoro”, Servizio di assistenza a tempo, disponibile: http://tycho.usno.navy.mil/cesium.html
- Iperfisica. “Orologi atomici”, disponibili: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/acloc.html
- Guarda altri video dell’Università di Nottingham su diversi elementi qui: http://www.periodicvideos.com/