Como funciona um relógio atômico?

Um relógio atômico é basicamente um relógio comum, movido a quartzo mesmo, igual o dos camelôs, mas com uma diferença: a hora que ele marca é acertada sempre, sem parar. Por átomos, naturalmente.

Os ajustes rolam com base em átomos que vibram em intervalos precisos, bilhões de vezes por segundo. Logo, esses relógios conseguem marcar o tempo na cada dos bilionésimos de segundo (ou nanossegundos). Respeite o prefixo “nano”, leitor: uma piscada de olho leva 100 milhões de nanosegundos. “100 milhões” também é um número maior do que parece, como devem saber os ganhadores de Mega Sena. 100 milhões de segundos, por exemplo, equivalem a três anos.

Do ponto de vista de um relógio atômico, uma piscada de olho leva uns três anos.

Então é mais ou menos isso: do ponto de vista de um relógio atômico, uma piscada de olho leva uns três anos mesmo.  

Os relógios atômicos são precisos, mas não são divinos. Eles também atrasam e adiantam. Mas numa taxa ínfima: levariam basicamente 1 milhão de anos perder ou ganhar 1 segundo.

Mesmo essas incorreções acabam eliminadas por uma rede global com centenas dessas máquinas interligadas via satélite. Parece exagero, mas não.

O GPS, por exemplo, necessita desse grau de precisão. O sistema funciona sincronizando o relógio interno do seu celular com o de alguns satélites. “Um atraso de três nanossegundos no relógio de uma satélite significaria um erro extra de 1 metro na posição indicada”, diz o físico americano Donald Sullivan, que comanda o relógio atômico mais preciso do mundo, no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA.

Com tanta exatidão, esses relógios, criados em 1949, se tornaram a base da definição do tempo. Bem mais recentemente, eles se tornaram a base de fato, já que a hora que aparece no seu celular é a hora dada por essa rede de relógios atômicos – por essas, todo mundo dá abraço de ano novo na hora certinha, sem os delays que rolavam antes.

Só falta um detalhe aqui neste texto: explicar como é que um relógio atômico funciona, hehe.

Bom, a maior parte desses aparelhos usa átomos de césio 133. Lá dentro, esses átomos recebem energia na forma de ondas eletromagnéticas.

Cada um deles só absorverá a energia se as ondas estiverem num freqüência de 9,1 GigaHertz (mais precisamente, 9.192.631.770 de Hertz), ou ciclos por segundo. “Frequência”, sempre vale lembrar, é o número de ciclos “cristas e depressões” que uma onda dá em um segundo.

Se a onda estiver acima ou abaixo de exatos 9.192.631.770 ciclos por segundo, o átomo não receberá a energia que ela carrega. Esse número, no jargão científico, é a a freqüência de ressonância do átomo.

No caso do átomo de césio, se a onda estiver acima ou abaixo de exatos 9.192.631.770 ciclos por segundo, o átomo não receberá a energia que ela carrega. Esse número, no jargão científico, é a a freqüência de ressonância do átomo, aquela em que esse átomo absorve ou emite energia. Simplificando, e andando, é a frequência com que ele “vibra”.

Não existe equipamento capaz de lançar ondas a exatos 9.192.631.770 ciclos por segundo o tempo todo. O pessoal usa um oscilador de quarto, igual ao dos relógios comuns, para detectar quantos Hertz tem cada onda que eles enviam.

Lá no meio das ondas, haverá algumas com exatos 9.192.631 770 Hertz. Assim alguns átomos de césio receberão energia. Esses átomos que receberam energia, então, são separados por ímãs e identificados por um detector. Esse detector aviso o oscilador de quartzo que rolou a a freqüência correta.

Dessa forma, os engenheiros ficam sabendo que, naquele instante, o oscilador de quartzo está vibrando exatamente 9.192.631.770 por segundo. Ou seja: por alguns momentos ele se torna um relógio de quartzo com precisão nanométrica. Uma maravilha que nenhum relojoeiro suíço jamais seria capaz de alcançar.    

Para manter a exatidão o processo é repetido o tempo todo – e, como vimos, mesmo assim ele não é perfeito.

Na natureza e na vida, afinal, ninguém é perfeito, nem o relógio mais absurdamente preciso que a humanidade foi capaz de conceber.