Como um relógio atômico mede o tempo
No projeto dos relógios atômicos, há um cristal de quartzo: ele comprime e
No centro, há um núcleo que é carregado positivamente: há elétrons carregados negativamente ao seu redor, cada um em sua própria órbita.Ao mesmo tempo, cada um deles está em um nível de energia específico, ou seja, temuma certa quantidade de energia devido à atração pelo núcleo.
Este nível pode ser alterado enviandomais energia para o elétron, para isso você pode, por exemplo, aquecer o átomo. Então o elétron voltará ao seu nível novamente e desistirá do excesso na forma de radiação. Tudo é construído sobre essa radiação: ela tem uma certa frequência e se assemelha ao pêndulo de um relógio.
Hoje, os relógios atômicos podem funcionar com átomos de rubídio, estrôncio, hidrogênio: o princípio não muda a partir disso.
O design dos relógios atômicos está em constante aperfeiçoamento; por exemplo, foi inventado um mecanismo que atrasa um segundo a cada várias centenas de bilhões de anos.
Sem um relógio atômico, não haverá navegação na Terra e no espaço
O relógio atômico é necessário principalmente para navegação:GLONASS e GPS, já que esses sistemas determinam a distância no tempo para um sinal viajar de um ponto na Terra até um satélite e vice-versa. Um relógio é usado para medir a distância entre objetos com base em quanto tempo leva para um sinal viajar do ponto A ao ponto B.
Atualmente, um relógio atômico na Terra do tamanho de uma geladeira é usado para navegar para identificar a localização de uma espaçonave.
Pode levar mais de uma hora para que o sinal chegue à espaçonave e retorne à Terra.
Com base nesses dados, as coordenadas e instruções são calculadas: elas são enviadas de volta para a espaçonave.
Se a espaçonave tiver seu próprio relógio a bordo, ela será capaz de calcular sua própria trajetória. Isso permitirá que você viaje mais longe e transporte pessoas com segurança para outros planetas.
Descubra a distância entre planetas com a ajuda de relógios atômicos
Mas o principal cliente dos relógios atômicos são os astrônomos, que usam relógios atômicos para medir grandes distâncias no espaço e determinar o quanto nos separade um planeta ou asteroide específico.
Para fazer isso, eles enviam um sinal e fixam a hora de seu retorno. Se o erro for mesmo por um segundo, você pode perder cerca de trezentos mil quilômetros em precisão.
Como um relógio atômico pode ajudá-lo a encontrar a matéria escura
A matéria escura pode afetar a nossaassunto comum e isso deve ter consequências. Uma delas pode ser uma mudança na constante de estrutura fina, uma das constantes físicas fundamentais.
A constante de estrutura fina é a razão entre a velocidade de rotação do elétron no primeiro orbital e a velocidade da luz e é de aproximadamente 0,007.
Anteriormente, os cientistas acreditavam que esta constante é sempre igual ao mesmo valor, mas, como mostraram descobertas recentes, pode variar ligeiramente.
De acordo com uma teoria, a matéria escura são defeitos topológicos no espaço que surgiram durante o Big Bang. Eles podem afetar a constante.
Os cientistas usaram vários relógios atômicos, entãoO modo como os defeitos da topologia devem agir em objetos distantes no espaço deve agir de maneira diferente em diferentes relógios separados no espaço.
Para melhorar a precisão, os autoresrelógios combinados para melhorar a precisão em uma rede de quatro dispositivos, cada um localizado em um dos países: Polônia, EUA, Japão e França. Os dados de todos os dispositivos são combinados para analisar os efeitos topológicos.
Relógio atômico ultra-preciso será capaz de medir a distorção do espaço-tempo
Os cientistas estão confiantes de que um relógio atômico suficientemente preciso pode servir como uma ferramenta para medir como os objetos, devido à gravidade, distorcem o espaço circundante.
Físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia de Boulder usaram lasers e criaram uma armadilha improvisada para átomos: pareciam vários copos muito pequenos.
Milhares de átomos de itérbio preenchem esses copos quando expostos a um feixe de laser com a frequência correta, e os elétrons em órbita movem um nível de energia.
Em tal sistema, os elétrons farão maisquatrilhões de transições. Assim que o laser é sintonizado na frequência "ideal", começa a tradução das informações da frequência da radiação do laser em um sinal que pode ser recebido e decodificado por um dispositivo eletrônico, ou seja, o próprio relógio.
Os cientistas conseguiram sintonizar o laser para que agora os dados obtidos ajudem a determinar o efeito da gravidade no próprio espaço-tempo.
Os relógios atômicos são uma importante ferramenta de mediçãouma quantidade tão efêmera como o tempo. Sem ele, não será possível rastrear as menores mudanças no tempo da Terra ou medir a distância aos planetas e galáxias vizinhas.
E no futuro, os relógios atômicos se tornarão indispensáveis para a colonização dos planetas e o estudo da matéria escura.
Mas é improvável que eles se tornem um gadget doméstico.
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