A divisão do tempo em períodos cada vez mais pequenos é fundamental para melhorar, por exemplo, os GPS, as comunicações, ou mesmo a precisão da hora mundial. Foi devido à sua capacidade para dividir o tempo em fracções muito pequenas que o relógio atómico ganhou um papel central na definição da hora legal. Em Portugal conhecemos dois exemplares de Relógios de controlo Atómico da Patek Philippe. Actualmente a Horal Legal é definida pelo Instituto da Qualidade.
O PRIMEIRO RELÓGIO ATÓMICO
A ideia de usar as mudanças de estado dos átomos para medir o tempo foi sugerida por Lord Kelvin em 1879. Contudo, o primeiro relógio atómico, construído em 1949, no Instituto Nacional Americano de Padrões (American National Standards Institute) era menos preciso do que um relógio actual de quartzo. Serviu, ainda assim, para uma boa demonstração do conceito. O primeiro relógio atómico preciso baseado na mudança de estado do átomo de césio-133 foi construído por Louis Essen e Jack Parry, em 1955, no National Physical Laboratory, no Reino Unido. Desde então, os relógios atómicos resultaram das mudanças de estado dos átomos hidrogénio-1, césio-133 e rubídio-87. A partir dos 5 Hz dos relógios mecânicos high beat, passou-se para os 360 Hz dos relógios de diapasão; de seguida, para os 32 768 Hz dos relógios de quartzo, e, com os relógios atómicos de césio-133, atinge-se uma frequência de 9 192 631770 Hz. Estes relógios têm vindo a ser melhorados com recurso às teorias acerca da mecânica quântica. O universo existe há 13 800 milhares de milhões de anos, um relógio atómico com a mesma idade atrasar-se-ia 100 milissegundos.
O PRÓXIMO DESENVOLVIMENTO: ENTRELAÇAMENTO QUÂNTICO
O funcionamento destes relógios é bastante complexo, as oscilações dos átomos são medidas com recurso a lasers. Num artigo publicado na revista Nature em 2020, os autores propõem que seja medida a oscilação de átomos entrelaçados quanticamente, ou seja, partículas ligadas de tal forma que, o que acontece com uma, acontece com a outra, seja qual for a sua posição no universo. A melhoria da precisão destes relógios poderá contribuir, por exemplo, para a detecção de matéria negra, para melhorar a percepção das ondas gravitacionais, ou para medir de forma exacta o efeito da gravidade no tempo.
PATEK PHILIPPE - RELÓGIOS REGULADOS POR ONDAS DE RÁDIO
Enquanto a ciência evolui, dedivamo-nos um pouco ao passado. Durante as décadas de 1950 e 1960, após o início da era atómica, o campo da relojoaria teve que permitir a introdução da eletrónica. A Patek Philippe, esforçando-se consistentemente para estar à frente da inovação em cronometragem, desenvolveu seu primeiro relógio de estado alimentado por bateria, no início da década de 1960. Tratavam-se de relógios em formato de torre composta por vários componentes. Eram regulados por sinais de rádio provenientes do Observatório Parangins em Genebra. Este raro sistema de cronometragem da Patek Philippe era um dos mais avançados de sua época. O módulo mestre pode controlar quase um número ilimitado de relógios dependentes. A precisão do tempo conseguida na altura foi excepcional, exibindo uma margem de erro de +- 10 milissegundos.
Em 1964, criou o sistema T3, composto por um cronómetro central e um de reserva controlado por uma terceira unidade com temporização própria. Se por algum motivo um relógio principal falhasse, os outros dois serviriam de backup.
Em 1969, criaram os modelos integrados, que foram instalados por módulos. Cada torre podia ter mais de 11 módulos, a que está em Portugal na RTP tem 14. Provavelmente será uma das maiores torres que a Patek Philippe construiu.
Não foi só a Patek a fazer relógios de controlo atómico. Este Atomichron NC-2001, foi o primeiro relógio comercial atómico e a ser vendido a empresas de telecomunicações e de aviação.
RELÓGIOS DE CONTROLO ATÓMICO PATEK PHILIPPE EM PORTUGAL
Os relógios atómicos são ainda actualmente usados como padrão para serviços internacionais, assim como para controlar a frequência de ondas de transmissões televisivas e sistemas de navegação por satélite. Em Portugal, existem relógios atómicos em dois locais, no Observatório Astronómico de Lisboa e na RTP.
O Observatório Astronómico de Lisboa adquiriu o primeiro relógio atómico, em 1980. Em 2001 houve uma nova renovação dos relógios atómicos, coincidente com a entrada do Professor Rui Agostinho para direção do Observatório.
HORA LEGAL PORTUGUESA
A hora legal ou hora atómica em Portugal foi até muito recentemente indicada pelo Observatório Astronómico de Lisboa. Actualmente é feita uma indicação pelo "Laboratório do Tempo" do Instituto Português da Qualidade (IPT) . O IPQ fica na Rua António Gião, 2 , PT -2829 -513 Caparica, e apresenta os seguintes objectivos:
Objetivos do Laboratório de Tempo:
Realizar o padrão nacional de tempo-segundo
Realizar a escala de tempo UTC nacional
Contribuir para o TAI
Comparar o tempo GPS, Glonass, TW e IGS
Distribuir o sinal horário via NTP e emissão de código
Rastrear a hora legal
Rastrear os sistemas de time stamping
"No domínio do Tempo e da Frequência, o Laboratório realiza a Escala de Tempo Universal Coordenado, UTC (IPQ), através de osciladores de Césio, contribuindo assim para o Tempo Atómico Internacional (TAI). No domínio da Metrologia Cinética, o Laboratório efetua a calibração dos cinemómetros, como os recetores GPS, utilizados como instrumentos de medição de velocidade."
"A escala internacional do tempo frequência é a escala temporal UTC, mantida pelo BIPM (Bureau International des Poids et Mesures). A escala temporal TAI é estabelecida pelo BIPM com base nos dados dos osciladores atómicos das diversas instituições que têm como finalidade a realização do padrão primário de tempo. Os dados de cada um desses osciladores são submetidos ao BIPM através de observações, em modo vista comum, dos satélites do GNSS (Global Navigation Satellite System). Os resultados destas contribuições são publicados mensalmente na “Circular T” do BIPM. O BIPM é responsável pela manutenção da escala de tempo UTC e por garantir a rastreabilidade ao segundo (SI) das escalas temporais locais UTC(IPQ), através da comparação chave CCTF-K001.UTC. A definição do UTC é estabelecida através da cooperação entre BIPM e a União Internacional de Telecomunicações (ITU). O UTC é mantido em sincronia com o tempo de rotação da Terra, tendo em conta os valores fornecidos pelo International Earth Rotation Service (IERS), o qual estabelece as datas para a introdução dos segundos intercalares, assim como informação relevante para o cálculo do UTC. A escala UTC tem uma taxa de variação exatamente igual à do TAI, mas difere deste de um número inteiro de segundos."
Fonte: IPT
O QUE É UM SEGUNDO?
De acordo com o Laboratório do Porto, um segundo é designado através do símbolo s, e é a unidade de tempo do SI.
"Define-se tomando o valor numérico fixado da frequência do césio, ΔvCs, a frequência da transição hiperfina do estado fundamental do átomo de césio 133 não perturbado, igual a 9 192 631 770, quando expressa em Hz, unidade igual a s-1 ."
Fonte: IPT
COMO É FEITA A CALIBRAÇÃO?
Fonte: IPT
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