Se você leu Como funcionam os receptores GPS, você sabe que os relógios atômicos são extremamente importantes para o sistema. Você também ouve frequentemente sobre relógios atômicos em anúncios para os novos relógios que se sincronizam automaticamente com o relógio atômico em Boulder, Colorado. Os relógios atômicos também são importantes para uma variedade de empreendimentos científicos.
Portanto, vamos começar com a noção geral de um relógio. A função de um relógio é acompanhar a passagem do tempo. Todos os relógios fazem isso contando os "tiques" de um "ressonador".
Em um relógio de pêndulo, o ressonador é um pêndulo e as engrenagens do relógio controlam o tempo contando as ressonâncias (as oscilações para frente e para trás) do pêndulo. O pêndulo geralmente ressoa a uma frequência de uma oscilação por segundo. Um relógio digital usa as oscilações na linha de energia (60 ciclos por segundo nos Estados Unidos, 50 ciclos por segundo na Europa) ou as oscilações de um cristal de quartzo como ressonador, e contagens usando contadores digitais. A precisão do relógio é determinada pela precisão do ressonador na frequência especificada.
Um relógio atômico é um relógio que usa as frequências de ressonância de átomos como seu ressonador. De acordo com a Encyclopedia Britannica, o ressonador é "regulado pela frequência da radiação eletromagnética de microondas emitida ou absorvida pela transição quântica (mudança de energia) de um átomo ou molécula". (Consulte o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia para obter um diagrama e uma descrição do processo.)
A vantagem desta abordagem é que os átomos ressoam em extremamente frequências consistentes. Se você pegar qualquer átomo de césio e pedir para ressoar, ele ressoará exatamente na mesma frequência que qualquer outro átomo de césio. Césio-133 oscila em 9, 192, 631, 770 ciclos por segundo. Esse tipo de precisão é completamente diferente da precisão de um relógio de quartzo. Em um relógio de quartzo, o cristal de quartzo é fabricado de forma que sua frequência oscilante seja próxima a alguma frequência padrão; mas as tolerâncias de fabricação fazem com que cada cristal seja ligeiramente diferente, e coisas como a temperatura mudam a frequência. Um átomo de césio sempre ressoa no mesma frequência conhecida - é isso que torna os relógios atômicos tão precisos.
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