Tempo e Frequenza

Laboratorio Scala di Tempo UTC(IT)
Segnale orario
Il laboratorio di Tempo e Frequenza dell’INRIM (LTF) realizza l’unità di misura del secondo per l’Italia. La scala di tempo italiana UTC(IT) è generata grazie ad un maser all’idrogeno supportato da oscillatori atomici commerciali e da campioni primari a fontana di cesio, ed utilizza sistemi satellitari per confrontare UTC(IT) con i più importanti laboratori NMI.
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Campione primario di frequenza ad atomi di cesio
Fontana di atomi di cesio

In questo laboratorio viene realizzato il campione di frequenza primario nazionale, che consiste in un orologio atomico a fontana di cesio raffreddato a 89 K. L'accuratezza di questo campione è 2 10-16, il più accurato dopo quello realizzato al National Institute of Standards (NIST-USA).

L'orologio primario italiano è utilizzato per la generazione della scala di tempo nazionale e fornisce costantemente dati al Bureau International des Poids et Mesures per il calcolo del Tempo Atomico Internazionale. E' inoltre disseminato via fibra ottica a diversi istituti di ricerca Italiani per consentire misure di fisica atomica e molecolare ad elevata precisione.

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Campioni ottici di frequenza
Orologio atomico ottico

E’ stato realizzato un orologio ad atomi neutri di itterbio operante nel dominio ottico (la transizione di orologio è a 578 nm).

I campioni ottici rappresentano il futuro della metrologia di frequenza, in quanto hanno dimostrato di poter raggiungere incertezze inferiori a quelle dei campioni primari (fontane di cesio). L'orologio realizzato all'INRIM ha un'accuratezza di 6 10-16 ma questo limite potrà essere superato non appena verranno ridotti gli effetti sistematici più rilevanti (in particolare l'effetto di corpo nero). Si sta sviluppando, inoltre, un secondo sistema in grado di raggiungere prestazioni più elevate.

Il campione a itterbio, insieme a un orologio ottico trasportabile realizzato al PTB, è stato utilizzato nel 2016 per un esperimento di proof-of-principle di geodesia relativistica in cui misure di frequenze ottiche sono state utilizzate per determinare il potenziale gravitazionale.

Si stanno estendendo le competenze nel dominio ottico con la realizzazione di un orologio ad atomi neutri di stronzio e viene portata avanti una ricerca in metrologia delle frequenze ultraviolette.

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Ricercatore
Tel. 011 3919 230 / 011 3919 213 
Campioni in cella
La cella dell'orologio all'interno del triplo strato dello schermo magnetico

Non solo gli esperimenti scientifici hanno bisogno di riferimenti accurati di tempo/frequenza, ma anche diverse applicazioni industriali, in particolare nell'ambito della navigazione satellitare, dell'industria aerospaziale e in generale, in tutti i settori ad alta tecnologia.

In queste applicazioni, ciò che si richiede è di unire le prestazioni metrologiche a proprietà quali compattezza, affidabilità e consumi trascurabili.

E’ stato sviluppato un ‘maser’ a idrogeno basato sul fenomeno dell’intrappolamento coerente (CPT) e un campione a rubidio basato sul pompaggio ottico impulsato (POP), la cui stabilità di frequenza è pari a 1 10-15 dopo 1 giorno di misura. Il campione potrà essere ingegnerizzato per esportare le sue prestazioni in ambito industriale. Lo sviluppo di questi sistemi ha prodotto notevoli competenze nell'ambito dello sviluppo di catene elettroniche a basso rumore e alla digitalizzazione dei sistemi elettronici.

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Disseminazione in fibra di segnali di tempo e frequenza
Il link in fibra in Italia

E’ stata dimostrata la possibilità di trasferire segnali di frequenza (sia ottica che RF/microonda) usando le normale rete in fibra ottica per le telecomunicazioni. La disseminazione di frequenza via fibra raggiunge accuratezza e stabilità superiori di diversi ordini di grandezza rispetto alle normali tecniche satellitari. Inoltre, possiamo distribuire via fibra ottica segnali di tempo con una accuratezza sub-ns. Una prima tratta di fibra, operativa dal 2013, collega l'INRIM  con: l'Istituto Europeo di Spettroscopia Non Lineare; l'Istituto Nazionale di Ottica a Firenze; il Radiotelescopio di Medicina (BO); il distretto finanziario di Milano. E’ in progetto la connessione verso il Centro di Calcolo di Galileo (Fucino), l'Istituto Nazionale di Ottica a Pozzuoli (NA) e il centro di Geodesia Spaziale a Matera.

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Ricercatore
Tel. 011 3919 230 / 011 3919 213 
Ultima modifica: 08/03/2018 - 10:35