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Como funciona um relógio atômico?

Eles medem o tempo com precisão na casa dos nanosegundos – e uma piscada de olho leva 100 milhões de nanosegundos.

Por Alexandre Versignassi Atualizado em 3 jan 2020, 15h59 - Publicado em 3 jan 2020, 15h21

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.

Reprodução/NASA

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.

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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.

     

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