A busca pelo relógio mais preciso para medir o tempo (e por que ele é tão importante):sorteonline resultados

A precisão na medição do tempo sempre fez parte da evolução social da humanidade. No monumento neolíticosorteonline resultadosNewgrange, na Irlanda, uma abertura especial acimasorteonline resultadosuma entrada permite que a luz solar ilumine o corredor e a câmara nos dias mais curtos do ano, por voltasorteonline resultados21sorteonline resultadosdezembro, no solstíciosorteonline resultadosinverno do hemisfério norte.

Há cercasorteonline resultados2.300 anos, Aristóteles disse que "a revolução da esfera mais externa dos céus" deveria ser a referência para medir o tempo.

O filósofo grego acreditava que o cosmos estava organizadosorteonline resultadosesferas concêntricas, com a Terra no centro.

Ampulhetassorteonline resultadoságua, que surgiram por voltasorteonline resultados2.000 a.C. estão entre os instrumentos mais antigos para medir o tempo. Elas fazem isso regulando o fluxosorteonline resultadoságua para dentro ou para forasorteonline resultadosum recipiente.

O relógio mecânico surgiu no final do século 13.

Questãosorteonline resultadosdefinição

Até 1967, um segundo era definido como 1/86.400sorteonline resultadosum dia, com 24 horas por dia, 60 minutos por hora e 60 segundos por minuto (24 x 60 x 60 = 86.400).

O Sistema Internacionalsorteonline resultadosUnidades mudou as coisas e manteve esta definição:

O segundo… é definido tomando a… frequênciasorteonline resultadostransição do átomosorteonline resultadoscésio-133, que é 9192631770 quando expressa na unidade Hz, que é igual a s⁻¹.

Se você está confuso, deixe-me explicar. O núcleo desta definição é algo chamado frequênciasorteonline resultadostransição. Uma transição ocorre quando os elétronssorteonline resultadosum átomo absorvem energia e passam para um nívelsorteonline resultadosenergia mais elevado, retornando a um estado relaxado após certo tempo.

É mais ou menos como beber uma xícarasorteonline resultadoscafé:sorteonline resultadosrepente você tem mais energia, até que o efeito da cafeína passe. Frequência é o número esperadosorteonline resultadosvezes que uma transição ocorre durante um período específicosorteonline resultadostempo.

Em cada segundo, uma transição específicasorteonline resultadosum elétron do césio-133 ocorre 9192631770 vezes. Este se tornou o critério para medir o tempo.

Até o momento, o césio fornece a definição mais precisa do segundo, mas pode ser melhorado com o usosorteonline resultadosfrequências mais altas.

Quanto maior a frequênciasorteonline resultadostransição, menos um errosorteonline resultadosleitura pode afetar a precisão geral. Se houvesse cinquenta transições por segundo, o preçosorteonline resultadostermossorteonline resultadosprecisão da contagem incorretasorteonline resultadosuma delas seria cem vezes maior do que se houvesse 5.000.

Os desafios

Existem duas limitações para reduzir este erro: os desafios tecnológicossorteonline resultadosmediçãosorteonline resultadosfrequências, especialmente as mais altas, e a necessidadesorteonline resultadosencontrar um sistema (átomossorteonline resultadoscésio-133 para a segunda), com uma transição mensurávelsorteonline resultadosalta frequência.

Para medir uma frequência desconhecida, os cientistas pegam um sinalsorteonline resultadosfrequência conhecida (uma referência) e combinam-no com a frequência que desejam medir.

A diferença entre elas será um novo sinal com uma frequência pequena e fácilsorteonline resultadosmedir: a frequência do batimento.

Os relógios atômicos usam essa técnica para medir a frequênciasorteonline resultadostransição dos átomos com tanta precisão que se tornam padrões para definir o segundo.

Para alcançar tal precisão, os cientistas precisamsorteonline resultadosum sinalsorteonline resultadosreferência confiável, obtido com algo chamado pentesorteonline resultadosfrequência.

Um pentesorteonline resultadosfrequência ou pente espectral usa lasers, emitidossorteonline resultadospulsos intermitentes. Esses raios contêm muitas ondassorteonline resultadosluz diferentes, cujas frequências são igualmente espaçadas, como os dentessorteonline resultadosum pente, daí o seu nome.

Nos relógios atômicos, um pentesorteonline resultadosfrequência é usado para transferir energia para milhõessorteonline resultadosátomos simultaneamente, na esperançasorteonline resultadosque um dos dentes do pente pulse com a frequênciasorteonline resultadostransiçãosorteonline resultadosum átomo.

Um pentesorteonline resultadosfrequência cujos dentes são numerosos, finos e na faixasorteonline resultadosfrequência correta aumenta a probabilidadesorteonline resultadosisso acontecer. Portanto, eles são fundamentais para obter mediçõessorteonline resultadosalta precisãosorteonline resultadosum sinalsorteonline resultadosreferência.

Dos relógios atômicos aos relógios nucleares

Como vimos, o segundo é definido pelas transiçõessorteonline resultadoselétrons nos átomossorteonline resultadoscésio. As transições que ocorrem com uma frequência mais baixa são mais fáceissorteonline resultadosmedir. Mas aquelas que ocorrem com frequência mais alta ajudam a aumentar a precisão da medição.

As transiçõessorteonline resultadoscésio ocorrem aproximadamente na mesma frequência do espectro eletromagnético das microondas.

Essas frequênciassorteonline resultadosmicroondas são mais baixas que as da luz visível. Massorteonline resultadossetembrosorteonline resultados2021, os cientistas fizeram medições utilizando o elemento estrôncio, cuja frequênciasorteonline resultadostransição é superior à do césio e está dentro da faixa da luz visível.

Isso abre a possibilidadesorteonline resultadosredefinir o segundo até 2030.

Em setembrosorteonline resultados2024, cientistas americanos fizeram avanços importantes na construçãosorteonline resultadosum relógio nuclear, um passo adiantesorteonline resultadosum relógio atômico.

Ao contrário do relógio atômico, a transição medida por este novo dispositivo ocorre no núcleo do átomo (daí o nome), conferindo-lhe uma frequência ainda mais elevada.

O átomosorteonline resultadostório-229, utilizado para este estudo, oferece uma transição nuclear que pode ser estimulada pela luz ultravioleta. A equipe que trabalha no relógio nuclear superou o desafio tecnológicosorteonline resultadosconstruir um pente que opera na faixasorteonline resultadosfrequência relativamente alta da luz ultravioleta.

Este foi um grande passo porque as transições nucleares normalmente só se tornam visíveissorteonline resultadosfrequências muito mais altas, como as da radiação gama. Mas ainda não conseguimos medir com precisão as transições na faixa gama.

O que virá

A transição do átomosorteonline resultadostório tem uma frequência aproximadamente um milhãosorteonline resultadosvezes maior que a do átomosorteonline resultadoscésio.

Isso significa que, embora tenha sido medido com uma precisão inferior à do atual relógiosorteonline resultadosestrônciosorteonline resultadosúltima geração, promete uma nova geraçãosorteonline resultadosrelógios com definiçõessorteonline resultadossegundos muito mais precisas.

Medir o tempo até a décima nona casa decimal, como faziam os relógios nucleares, permitiria aos cientistas estudar processos muito rápidos.

Vamos pensarsorteonline resultadosdois corredores empatadossorteonline resultadosuma corrida com definição fotográfica. Se o cronômetro do árbitro tivesse alguns dígitos extras, eles poderiam identificar o vencedor sem a necessidade do recurso visual.

Da mesma forma, a relatividade geral é usada para estudar processossorteonline resultadosalta velocidade que poderiam levar a sobreposições com a mecânica quântica. Um relógio nuclear nos proporcionará a tecnologia necessária para provar essas teorias.

A nível tecnológico, sistemassorteonline resultadosposicionamento precisos, como o GPS, baseiam-sesorteonline resultadoscálculos complexos que requerem medições precisas do tempo que leva para um sinal sairsorteonline resultadosum dispositivo para um satélite e para outro dispositivo.

Uma melhor definição do segundo se traduzirásorteonline resultadosum GPS muito mais preciso. O tempo do segundosorteonline resultadoscésio pode ter acabado, mas, para além dele, um mundo totalmente novo nos espera.

*Vittorio Aita é pesquisador associado do departamentosorteonline resultadosFísica do King's College,sorteonline resultadosLondres.

Este artigo foi publicado no The Conversation e reproduzido sob a licença Creative Commons. Clique aqui para ler a versão original (em inglês).