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Cientistas querem redefinir a duração de um segundo

A definição de um segundo pode mudar ainda nesta década. Isso não terá implicações no seu dia-a-dia — mas pode ter grande impacto na astronomia de ondas gravitacionais e no estudo da matéria escura.

Por que redefinir o segundo?

O tempo é relativo e sabemos disso graças às teorias de Einstein, comprovadas a cada novo experimento ou estudo que utiliza suas fórmulas como ferramentas. Essa relatividade do tempo está intrinsecamente ligada à gravidade dos planetas: quanto maior a massa, mais forte é o campo gravitacional.

Isso significa que em planetas de massa maior que a da Terra, o tempo passa mais devagar; em planetas de menor massa, ele passa mais rápido. Mas não precisamos ir a Júpiter ou à Lua para verificar isso: aqui mesmo, na Terra, podemos detectar o fenômeno de dilatação do tempo. Aliás, os próprios relógios atômicos mostram essa diferença.

Neste relógio atômico, um laser interage com átomos de tório. Sua imprecisão é de um décimo de segundo a cada 14 bilhões de anos, mais que a idade atual do universo (Imagem: Reprodução/Corey Campbell/Georgia Tech)
Neste relógio atômico, um laser interage com átomos de tório. Sua imprecisão é de um décimo de segundo a cada 14 bilhões de anos, mais que a idade atual do universo (Imagem: Reprodução/Corey Campbell/Georgia Tech)

Em Boulder, EUA, por exemplo, existem três relógios atômicos ópticos diferentes, espalhados por laboratórios distintos e obtendo leituras ligeiramente diferentes entre si. Os cientistas concluíram que essas diferenças estão relacionadas com a altitude do relógio em relação ao nível do mar. Quanto mais alto o relógio, mais rápido o tempo corria.

A diferença é quase insignificante para nós, que utilizamos nossos relógios para saber quando acordar e realizar nossas tarefas diárias. No entanto, a medição correta de um simples segundo é imprescindível para os astrônomos — eles precisam medir com altíssima precisão o tempo de duração dos eventos cósmicos.

Além disso, medições de tempo altamente precisas sincronizadas entre distâncias e variações de altitude podem ser vitais para operações aéreas, por exemplo, e até mesmo para satélites de comunicação e geolocalização.

Como o segundo será medido?

Atualmente, a entidade responsável por definir pesos e medidas é o Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), localizado em Paris. Para determinar a duração de um segundo, os cientistas usam o átomo do césio 133, ou melhor, as vibrações das partículas que compõem esse átomo.

O césio 133 é um metal líquido, pesado, com partículas de movimento lento e fácil de rastrear. Além disso, esse movimento é constante e invariável, por isso é bem mais confiável do que o tique-taque de um relógio. O primeiro relógio baseado em césio 133, criado em 1955, era tão preciso que só ganharia ou perderia um segundo em trezentos anos.

O primeiro relógio atômico, de 1955, baseado em césio 133 (Imagem: Reprodução/National Physical Laboratory/Wikimedia Commons)
O primeiro relógio atômico, de 1955, baseado em césio 133 (Imagem: Reprodução/National Physical Laboratory/Wikimedia Commons)

No entanto, o césio 133 não é mais o “queridinho” dos cientistas que trabalham com relógios atômicos porque há outros átomos com partículas mais rápidas e mais interessantes para definir um padrão para o segundo. Os relógios atômicos modernos podem ser “até um milhão de vezes mais precisos” do que o de 1955, segundo o BIPM.

Agora, com novas tecnologias, os cientistas podem medir átomos muito mais interessantes e movimentos de ondas precisos. Esses instrumentos são baseados em lasers de frequência de femtosegundo, um quadrilionésimo de segundo. Contando diretamente os ciclos de uma partícula na resolução de femtosegundo, podemos redefinir o segundo com precisão imprescindível.

Com os avanços nos lasers, os pesquisadores continuarão a estudar os comprimentos de onda dos átomos para verificar a confiabilidade de movimento das partículas em elementos além do césio 133. Assim, o BIPM pode começar a discutir uma nova definição no final desta década, com possível aprovação até 2030.

Fonte: Canaltech

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