Os direitos de tradução e adaptação foram gentilmente cedidos pelo National Physical Laboratory - NPL do Reino Unido. Tradução e adaptação organizada pelo Centro de Capacitação - CICMA do Inmetro.

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// O crOnOmetrista atômicOa linha dO tempO

3.500 ac relógios solares

século XVii relógios de pêndulos ± 10 segundos por dia

1762 cronômetro de harrison ± 1 segundo em 3 dias

1930 rotação da terra ± 1 segundo em 3 anos

1930 relógio de quartzo ± 1 segundo em 30 anos

1955 relógio atômico ± 1 segundo em 300 anos

1980 ± 1 segundo em 300.000 anos

2004 chafariz de césio ± 1 segundo em 60 milhões de anos

> cOmO um relógiO atômicO funciOna - teOria

Numa visão simplificada, podemos ver o átomo como um mini-sistema solar, com o núcleo mais pesado ao centro, circulado pelos elétrons em diversas órbitas. As órbitas correspondem a diversos níveis de energia, e os elétrons podem se mover entre estes níveis de energia quando eles absorvem ou emitem exatamente a quantidade correta de energia. Essa energia é absorvida ou emitida sob a forma de radiação eletromagnética, cuja frequência depende da diferença de energia entre os dois níveis. Dessa transição vem o nome de “salto quântico”, quântico aqui se referindo à minúscula, mas muito precisa, quantidade de energia necessária para permitir que o elétron salte para um nível diferente. Se medirmos a frequência da radiação eletromagnética, como fazemos quando contamos as oscilações de um pêndulo, podemos medir o tempo.

> QuantO demOra um segundO?O segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133.

> padrões QuânticOsPadrões quânticos são baseados em propriedades fundamentais da matéria. No caso do relógio atômico, isso corresponde à energia emitida quando os elétrons saltam entre níveis de energia de um átomo de césio. Usar a rotação da Terra para definir o segundo é um problema, porque essa rotação varia de forma imprevisível com o tempo. Isso faria que a duração de um segundo feito por esse modo não seria constante. Mas padrões quânticos serão, por tudo que sabemos até hoje, sempre estáveis, não interessa onde ou quando são medidos. Milhares de anos no futuro, ou numa galáxia distante, os níveis de energia do átomo de césio serão exatamente os mesmos e da mesma maneira a duração do segundo definido por ele.

> a nOVa geraçãORelógios para o século XXI estão sendo desenvolvidos a partir de armadilhas de íons. Íons são átomos carregados que podem ser aprisionados quase indefinidamente por campos eletromagnéticos. Uma vez preso, um feixe de laser pode ser então usado para resfriar o íons até temperaturas próximas do zero absoluto, mantendo-o estacionário. Em São Carlos/SP, no Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica do Instituto de Física da USP/SC, estão sendo desenvolvidas pesquisas e já se construiu um relógio atômico com incerteza de cerca de 1 segundo em cada 3 bilhões de anos, tempo da ordem do universo.

> acesse a hOra legal Brasileira: utc (On)

A disseminação de tempo oficial no Brasil é feita pelo Observatório Nacional, um dos institutos de pesquisa do CNPq, ligado ao Ministério da Ciência e Tecnologia. Existem diversos serviços rastreados ao ON, um dos mais conhecidos é o serviço pelo telefone 130. Esse serviço tem cobertura nacional mas é cobrado por algumas operadoras de telefonia. Você pode acessar a hora oficial do Brasil e ver outros serviços em: http://www.horalegalbrasil.mct.on.br/

> cOmO um relógiO atômicO funciOna – práticaO primeiro relógio atômico foi construído em 1949 nos Estados Unidos. Uma versão aprimorada, baseada na transição do átomo de césio 133 foi construído por Louis Essen em 1955 na Inglaterra. Hoje em dia, uma nova forma de relógio atômico – tipo chafariz de césio – está em uso. Nele, uma nuvem de átomos é projetada dentro de uma câmara de micro-ondas e caem sob ação da gravidade. O chafariz usa feixes de laser para desacelerar os átomos. O movimento mais lento dos átomos permite uma medida mais exata da transição entre os níveis de energia e portanto da frequência da radiação.

A rotAção dA terrA nos dá a mais básica medida do tempo: o dia. Por milhares de anos, este foi nosso mais estável cronometrista. Contudo, os relógios de quartzo e o atômico, inventados durante os anos 30 e 50, são cronometristas muito melhores, pois nos mostram que a Terra não gira de forma estacionária, mas oscila! Os primeiros relógios atômicos, construídos com césio, aplainaram o caminho para novas e melhores definições do segundo, baseadas nas propriedades fundamentais dos átomos.

> cOmO VOcê mede O tempO em VOlta dO mundO?

Todas as pessoas ao redor do mundo precisam estar de acordo sobre a medida de tempo. O Tempo Universal Coordenado (sigla em inglês UTC) foi adotado em primeiro de janeiro de 1972 como o tempo oficial do Mundo. O Bureau Internacional de Pesos e Medidas – BIPM atua como o cronometrista oficial do mundo. Existem 65 laboratórios com cerca de 230 relógios contribuindo

para definir a escala de tempo internacional. Enquanto o BIPM conta os segundos, astrônomos ainda continuam medindo o tempo pela rotação da Terra em torno de seu eixo. Essa medida é comparada com o UTC e, se essas medidas diferirem de mais do que 0,9 segundos, um salto de um segundo é adicionado ou subtraído, de forma a manter as duas escalas juntas.

> pOr Que precisamOs dessa eXatidãO dOs relógiOs atômicOs?

Medir o tempo tornou-se uma questão básica de nosso cotidiano, e a exatidão no minuto seguinte ou em poucos segundos normalmente é importante para muitas das nossas atividades. Contudo, medidas com grande exatidão podem ter um papel fundamental em muitos aspectos e situações do mundo moderno.

Os satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS, na sigla em inglês) irradiam

sinais de tempo de relógios atômicos que estão a bordo deles. Estes sinais permitem a veículos terrestres, navios e aviões conhecer sua posição com poucos metros de diferença. Outras pessoas, como ecologistas, utilizam o GPS para rastrear os movimentos de animais raros. Também pesquisadores, agrimensores, montanhistas e equipe de busca e salvamento. Estão em andamento pesquisas para fazer os sistemas de localização com exatidão de milímetros.

De uma chamada telefônica à surfar na internet, telecomunicações tem sua confiabilidade baseada em medidas de tempo com grande exatidão, para garantir que as mensagens digitais são corretamente entregues em seus destinos. Marcar o tempo nas transações financeiras é crítico, quando milhões e milhões de reais são transferidos.

Radiação Eletromagnética

Elétron “pula” para um nível de energia

Nível de energia 1 O estado fundamental

Núcleo

Nível de energia 2

Font

e de

Cés

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