Nos Estados Unidos, o padrão de hora é regulado pelo relógio mestre do observatório naval norte-americano (em inglês: USNO - US Naval Observatory's Master Clock), a fonte oficial do tempo do Departamento de Defesa. Os efeitos destes mecanismos são sentidos por todos nós na forma de relógios de alarme, computadores, secretárias eletrônicas e agendas de reunião. Neste artigo, aprenderemos tudo sobre relógios atômicos e como eles mantêm o mundo fazendo tique-taque.
Os relógios atômicos são radioativos?
Os relógios atômicos cronometram melhor do que qualquer outro relógio. Eles até mesmo cronometram melhor o tempo do que a rotação da Terra e o movimento das estrelas. Sem os relógios atômicos, a navegação GPS seria impossível, a Internet não poderia sincronizar e a posição dos planetas não seria conhecida com precisão suficiente para que sondas espaciais e espaçonaves fossem lançadas e monitoradas.Os relógios atômicos não são radioativos. Eles não dependem dodecaimento atômico, ao invés disso, eles possuem um movimento oscilatório que lembra um conjunto de massa/mola, como os relógios comuns.
A grande diferença entre um relógio padrão em sua casa e um relógio atômico é que a oscilação em um relógio atômico ocorre entre o núcleo de um átomo e os elétrons que circundam o núcleo. Esta oscilação não é exatamente um paralelo para a roda de equilíbrio e a pequena mola fina de um relógio de corda, mas o fato é que ambos usam oscilações para manter o acompanhamento da passagem do tempo. As freqüências de oscilaçãoem um átomo são determinadas pela massa do núcleo e a gravidade, e a "força" eletrostática entre a carga positiva no núcleo e a nuvem de elétrons circundante, assim pode-se fazer uma analogia entre uma mola e uma massa que oscila devido a essa mola.
Quais são os tipos de relógios atômicos?
Atualmente, embora existam diferentes tipos de relógios atômicos, o princípio por trás de todos eles permanece o mesmo. A diferença principal está associada ao elemento usado e aos meios de determinar quando o nível de energia se modifica. Os vários tipos de relógio atômico incluem:- Relógio atômico de césio: emprega um feixe de átomos de césio. O relógio separa os átomos de césio de diferentes níveis de energia por meio de um campo magnético.
- Relógio atômico de hidrogênio: mantém os átomos de hidrogênio no nível de energia requerido em um recipiente com paredes de um material especial, assim os átomos não perdem seu estado de energia elevado muito rapidamente.
- Relógio atômico de rubídio: o mais simples e compacto, usa uma célula de vidro com gás de rubídio que muda sua absorção de luzna freqüência óptica de rubídio quando a freqüência de microonda ao redor é a correta.
Como funciona um prático relógio atômico de césio?
Os átomos têm freqüências de oscilação características. Possivelmente a freqüência mais familiar é o brilho laranja do sódio no sal de cozinha se ele for espargido numa chama. Um átomo terá muitas freqüências, algumas na região do espectro eletromagnético com comprimentos de onda de rádio, algumas na região do espectro de luz visível e outras entre os dois. O Césio 133 geralmente é o elemento mais escolhido para relógios atômicos.Relógio atômico - um relógio de precisão que depende para sua operação de um oscilador elétrico regulado pelas freqüências de vibração natural de um sistema atômico (como um feixe de átomos de césio). Fonte: Merriam-Webster Online Átomo - a menor partícula de um elemento que pode existir só ou em combinação. O átomo é considerado como fonte de uma vasta energia potencial. Césio 133 - um isótopo de césio usado especificamente em relógios atômicos, e uma de suas transições atômicas, é usado como um padrão científico de tempo. Segundo - pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) - (segundo atômico) - o intervalo de tempo, através do qual se tem 9.192.631.770 oscilações do átomo de césio 133 exposto a uma excitação adequada. |
Para criar um relógio, o césio é primeiroaquecido de modo que os átomos passam a se mover de forma agitada e atravessam um tubo mantido em alto vácuo. Primeiramente, eles passam através de umcampo magnético que seleciona os átomos no estado de energia correto; em seguida passam através de um intenso campo de microondas. A freqüência da energia de microondas oscila em uma estreita faixa de freqüências, de modo que, em algum ponto de cada ciclo, cruza a freqüência de exatamente 9.192.631.770Hz (ou ciclos por segundo). A faixa do gerador de microondas já se encontra próxima a essa freqüência exata, pois ela vem de um preciso oscilador de cristal. Quando o átomo de césio recebe a energia da microonda exatamente na freqüência certa, ele muda seu estado de energia.
Na extremidade do tubo, outro campo magnético separa fora os átomos que tiveram seu estado de energia modificado se o campo de microondas estivesse exatamente na freqüência correta. Um detector no final do tubo apresenta um resultado proporcional ao número de átomos de césio que chegaram até ele, e esse resultado tem um valor máximo (um pico) quando a freqüência da microonda está exatamente correta. Este pico é usado para fazer a correção fina necessária para trazer o oscilador de cristal e por conseguinte o campo de microonda na freqüência exata. Essa freqüência é então dividida por 9.192.631.770 para dar o familiar um pulso por segundo requerido pelo mundo real.
Quando o relógio atômico foi inventado?
Em 1945, o físico e professor Isidor Rabi da Universidade de Columbia sugeriu que o relógio poderia ser feito com uma técnica que ele desenvolveu nos anos de 1930 chamada ressonância magnética de feixe atômico. Em 1949, a NBS (em inglês: National Bureau of Standards), atualmente oNIST (em inglês: National Institute of Standards and Technology), apresentou o primeiro relógio atômico mundial utilizando a molécula de amônia como fonte de vibrações e, em 1952, foi apresentado o primeiro relógio atômico utilizando átomos de césio como fonte de vibração, NBS-1.Em 1955, o Laboratório Nacional de Física (National Physical Laboratory) na Inglaterra, construiu o primeiro relógio com feixe de césio usado como fonte de calibração. Na década seguinte, formas mais avançadas de relógios foram criadas. Em 1967, a 13ª Conferência Geral de Pesos e Medidas definiu o segundo, pelo SI (Sistema Internacional) com base nas vibrações do átomo de césio; o sistema de cronometragem mundial não teria mais bases astronômicas a partir daquele ponto. NBS-4 o mais estável relógio de césio foi concluído em 1968, e foi utilizado nos anos 90, como parte do sistema de horário do NIST.
Em 1999, NIST-F1 começou a operar com uma incerteza de 1,7 partes em 10 elevado a 15ª potência (1015), ou seja, uma precisão de cerca de um segundo em 20 milhões de anos, tornando-o o mais preciso relógio jamais criado (uma distinção compartilhada com um modelo similar em Paris).
Como é medido o tempo atômico?
A freqüência correta para a ressonância específica do césio é definida por um acordo internacional como sendo 9.192.631.770Hz (hertz), de modo que, quando é dividida por este número, o resultado é exatamente 1Hz ou 1 ciclo por segundo.A precisão a longo prazo alcançável pelo relógio atômico de césio moderno (o tipo mais comum) é melhor que um segundo por milhão de anos. O relógio atômico de hidrogênio mostra uma melhor precisão de curto prazo (uma semana), aproximadamente 10 vezes a precisão do relógio atômico de césio. Portanto, o relógio atômico elevou em um milhão de vezes a precisão da medição do tempo em comparação com as medições executadas por meio de técnicas astronômicas.
A Companhia Nacional em Massachusetts produziu o primeiro relógio atômico comercial utilizando césio. Atualmente, eles são produzidos por muitos fabricantes, incluindo Hewlett Packard, Frequency Electronics, e FTS. A nova tecnologia continua aprimorando o desempenho. O mais preciso relógio atômico de césio de laboratório é milhares de vezes melhor que as unidades produzidas comercialmente.
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