O relógio atômico é um relógio que usa a frequência de transição eletrônica na micro-onda, na região óptica ou ultravioleta do espectro eletromagnético, como um padrão de frequência, que é usado como seu mecanismo para medição do tempo. Os relógios atômicos são os dispositivos de medição de tempo e frequência mais precisos criados pela humanidade, sendo usados como padrões primários para os serviços internacionais de pesquisa de tempo, além de serem usados para controlar a frequência de ondas de transmissões de televisão, e em sistemas de navegação por satélite, como o GPS.
O princípio de funcionamento de um relógio atômico não é baseado em física nuclear, mas sim em física atômica, utilizando o sinal de micro-ondas que os elétrons (presentes nos átomos) emitem quando se deslocam entre os níveis de energia. Os primeiros relógios atômicos eram baseados em masers (dispositivos que produzem ondas eletromagnéticas) expostos à temperatura ambiente. Hoje em dia, o os relógios atômicos mais modernos primeiro resfriam os átomos para uma temperatura absoluta perto de zero, deixando-os lentos com o uso de lasers e colocando-os em fontes atômicas, numa cavidade cheia de micro-ondas. Um exemplo desse dispositivo, é o americano NIST-F1.
A precisão de um relógio atômico depende da temperatura da amostra de átomos frios, e da frequência e largura inerente da transição electrônica. Altas frequências e linhas estreitas aumentam a precisão do dispositivo. Os relógios atômicos são responsáveis por manter o Tempo Atômico Internacional (TAI), que é usado para definir o Tempo Universal Coordenado (UTC), também conhecido como “tempo civil”, que é o fuso horário de referência a partir do qual se calculam todas as outras zonas horárias do mundo, sendo o sucessor do Tempo Médio de Greenwich (GMT).
A ideia de usar as transições atômicas para medir o tempo foi sugerida pela primeira vez por William Thomson, o Lord Kelvin, em 1879, e a ressonância magnética, desenvolvida na década de 1930 por Isidor Rabi, tornou-se o método mais prático para fazer isso. Em 1945, Rabi sugeriu que a ressonância magnética do feixe nuclear poderia ser usada como uma base para um relógio. O primeiro relógio atômico foi um dispositivo maser de amônia construído em 1949, no National Bureau of Standards, EUA. Ele era bem menos preciso que os já conhecidos relógios de quartzo, mas serviu como um excelente exemplo do funcionamento desse novo conceito para medição do tempo. O primeiro relógio atômico preciso, baseado numa certa transição do átomo de césio-133, foi construído por Louis Essen em 1955 no Laboratório Nacional de Física do Reino Unido. Essa criação fez com que ficasse internacionalmente acordado que o segundo internacional estaria baseado no tempo atômico.
Desde o início do seu desenvolvimento na década de 1950, os relógios atômicos têm sido baseados nas transições hiperfinas em hidrogênio-1, o césio-133, e rubídio-87. O primeiro relógio atômico comercial foi o Atomichron, fabricado pela empresa americana National Radio Company, com mais de 50 relógios vendidos entre 1956 e 1960. Posteriormente El foi substituído por dispositivos muito menores, como o modelo Hewlett-Packard, que usava a frequência de césio 5060, lançado em 1964.
Em agosto de 2004, os cientistas do NIST (National Institute of Standards and Technology) apresentaram um relógio atômico do tamanho de um chip. De acordo com os pesquisadores, o relógio foi pensado para ser um centésimo do tamanho de qualquer outro. Necessitando de menos de 125 mW para funcionar, logo ele se mostrou adequado para o uso em dispositivos alimentados a bateria. Esta tecnologia se tornou disponível no mercado em 2011.
O Brasil possui, no Observatório Nacional, localizado na cidade do Rio de Janeiro, dois relógios atômicos de Césio 133, que apresentam uma precisão de 10−9 segundo por dia, ou seja, um bilionésimo de segundo.
Fontes:
http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-funciona-o-relogio-atomico
http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/mecanica/pesquisahoje/cap3/defaultframebaixo.htm
http://ciencia.hsw.uol.com.br/relogios-atomicos.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_clock