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Você sabia que a definição do segundo padrão internacional está intimamente relacionada ao átomo de sódio 133!
Em nossa vida cotidiana, os segundos são a unidade básica de tempo e estão em todo lugar. Mas você já pensou que há princípios científicos precisos escondidos por trás dessa unidade simples? Este artigo lhe dará uma visão aprofundada da definição do segundo padrão internacional e como ele está intimamente ligado ao átomo de sódio-133.
O segundo padrão internacional é baseado na frequência de transição de estado ultrafina dos átomos de sódio 133.
De acordo com a definição do Sistema Internacional de Unidades (SI), o segundo (símbolo: s) é definido como 9.192.631.770 vibrações da frequência de transição ultrafina do estado fundamental não perturbado dos átomos de sódio 133. Essa definição precisa fez do segundo a pedra angular da medição do tempo, uma tecnologia baseada no estudo da física atômica sobre a interação entre estados de energia e radiação eletromagnética.
Normalmente, os relógios atômicos medem a frequência das vibrações entre os átomos, o que lhes permite manter o tempo com precisão incomparável. Em particular, quando átomos de sódio 133 são resfriados a quase zero absoluto, a transição de seus estados de energia ocorre em uma frequência muito específica, e essa frequência nos ajuda a atingir uma precisão de cronometragem extremamente alta.
A tecnologia de medição de tempo ultraprecisa não afeta apenas a pesquisa científica, mas também tem um impacto significativo nas tecnologias de navegação, como o Sistema de Posicionamento Global (GPS).
História do Relógio Atômico
A tecnologia remonta à década de 1930, quando o físico americano Isidor Ivy Rabi construiu pela primeira vez um relógio de frequência de ressonância magnética de feixe atômico. Foi somente em 1955 que o Laboratório Nacional de Física do Reino Unido usou átomos de sódio 133 para criar o primeiro relógio atômico prático, com precisão de apenas 1 segundo a cada 3 milhões de anos.
A inspiração original para essa tecnologia veio de uma teoria proposta pelo físico escocês James Clerk Maxwell em 1873, que defendia que o tempo deveria ser definido com precisão medindo a vibração das ondas de luz. Essa ideia deu origem à subsequente tecnologia de relógios de precisão.
Por que o átomo de sódio 133 é tão importante?
De acordo com os padrões atuais, o átomo de sódio-133 foi escolhido como base para definir o segundo principalmente por causa de sua estabilidade e confiabilidade em medições de alta precisão. Isso fornece aos cientistas uma excelente referência para medir o tempo, permitindo que os padrões de medição de tempo de vários países sejam unificados.
Além disso, as propriedades dos átomos de sódio 133 os tornam bastante insensíveis a mudanças de temperatura e ambiente, uma propriedade que permite que os relógios atômicos permaneçam precisos mesmo sob condições extremas. No futuro, como os cientistas preveem, quando a tecnologia do relógio óptico se tornar mais madura, novos padrões de tempo poderão surgir.
Todos esses desenvolvimentos demonstram o papel fundamental da medição precisa do tempo na tecnologia moderna, e que a futura tecnologia de relógios dependerá ainda mais dos avanços da física atômica.
Avanços na tecnologia moderna de relógios
Com o avanço da ciência e da tecnologia, novas tecnologias, como relógios ópticos, estão surgindo constantemente. Esses relógios usam lasers e tecnologia de pente de frequência óptica para serem mais precisos do que os relógios atômicos de sódio tradicionais. O novo relógio pode redefinir o significado de "segundo" até certo ponto.
Por exemplo, em 2021, pesquisadores do JILA desenvolveram um relógio óptico de estrôncio com um nível sem precedentes de precisão de frequência, mostrando potencial para futuras medições de tempo de alta precisão. Em breve, poderemos ver como as novas tecnologias moldam nossa compreensão do tempo.
Conclusão
Olhando para a evolução dos relógios atômicos, podemos sentir a inovação e a mudança contínuas na tecnologia de medição de tempo. Deixando de lado como a precisão afeta a navegação e a comunicação, devemos pensar sobre isso: em uma era de rápido avanço tecnológico, nossa compreensão do tempo também deveria mudar?
