STEP #08 - I materiali

 Il materiale principe di un orologio atomico è l'elemento usato per misurare la frequenza di transizione. A tale scopo vengono utilizzati i metalli alcalini a causa della loro reattività e per le loro proprietà di fluorescenza (che ricordiamo essere sfruttate per controllare che le frequenze siano sintonizzate, vedi il post sul principio fisico). I metalli alcalini principalmente utilizzati sono: rubidio-85, rubidio-87 e cesio-133. Negli orologi di precisione precedenti venivano usati cristalli di quarzo, che però risultano meno precisi e subiscono modifiche al variare delle condizioni esterne.

La cella di risonanza è fatta in vetro, ed è riempita con gas come il neon e l'argon, che, mischiati nelle giuste proporzioni, non variano le loro proprietà a fronte di sbalzi di temperatura. Gas come il metano e l'azoto smorzerebbero il fascio emesso. Inoltre, può essere aggiunto potassio nella cella al fine di ridurre la pressione anche ad alte temperature.
In alternativa al vetro, la cella può essere costruita con metalli non magnetici e non reattivi con gli alcalini. Esempi di questi metalli sono l'argento, il berillio, il titanio e il molibdeno. A questo però andrebbero aggiunte finestre di vetro borosilicato o zaffiro.
Inoltre, l'interno della cella viene spesso rivestito con materiale inerte come paraffina.
Altri materiali che potrebbero venire usati in futuro sono ioni di mercurio (tempo di transizione dell'ordine dei femtosecondi) o atomi di stronzio, entrambi in fase di studio al National Institute of Standards and Technology (NIST).


Fonte:
Jacques Vanier, Atomic Frequency Standard, US6320472B1, United States Patent Office, 26 Gennaio 1999