Gerado em português com IA a partir do nosso quiz em inglês; as fontes apontam para a Wikipédia em português.
Os relógios atômicos usam as transições dos átomos para manter um oscilador sempre na mesma frequência. São eles que definem o segundo e sustentam a hora oficial de países como o Brasil. Este quiz percorre o funcionamento dos relógios de césio, de feixe térmico e chafariz, os relógios óticos e de rede ótica, e a história que vai de Lord Kelvin aos modelos do tamanho de um grão de arroz.
Todas as 30 perguntas com respostas e explicações. Jogar o quiz
Q 01O que um relógio atômico usa para manter um oscilador sempre na mesma frequência?
Transição atômica
As transições dos elétrons são idênticas de átomo para átomo e não sofrem desgaste com o tempo, ao contrário dos osciladores macroscópicos.
Q 02No relógio tipo chafariz, o que faz a nuvem de átomos cair depois que os lasers são desligados?
Gravidade
Na queda, a nuvem atravessa pela segunda vez a mesma cavidade de micro-ondas por onde passou ao subir.
Q 03Em 2004, cientistas do NIST apresentaram um relógio atômico do tamanho de quê?
Grão de arroz
O modelo consumia apenas 275 mW, o que permitiria usá-lo em aparelhos movidos a pilhas ou baterias.
Q 04Que tipo de estímulo externo faz a energia do átomo oscilar em um relógio atômico?
Ondas eletromagnéticas
O átomo faz o papel do pêndulo de um relógio tradicional: recebe um estímulo de fora e sua energia passa a oscilar de forma regular.
Q 05A que se compara o modo como os átomos ficam presos nos picos e vales de uma rede ótica?
Ovos em uma cartela
Conforme o número e o arranjo dos lasers, o padrão de luz pode se estender em várias direções.
Q 06O que empurra a nuvem de átomos para cima em um relógio atômico tipo chafariz?
Feixe de laser vertical
É o movimento de subida e queda que dá nome ao aparelho; no trajeto, a nuvem passa por duas cavidades ressonantes.
Q 07Qual é a grande dificuldade prática dos relógios atômicos óticos?
Contar pulsos tão rápidos
Nenhum dispositivo eletrônico prático dá conta dessa tarefa sozinho; a saída veio com novas técnicas baseadas em laser.
Q 08O que é preciso aumentar para tornar um relógio atômico ainda mais estável e preciso?
Frequência de operação
Foi essa necessidade que levou aos padrões que funcionam no regime ótico, na faixa do espectro visível.
Q 09Em que ano a Conferência Geral de Pesos e Medidas redefiniu o segundo com base no césio?
1967
A mudança veio na 13.ª edição da conferência e só foi possível graças à alta precisão desse tipo de relógio.
Q 10O primeiro relógio atômico, construído em 1949, era baseado em moléculas de qual substância?
Amônia
O aparelho foi construído por Harold Lyons, nos Estados Unidos, e usava uma transição que ocorre na frequência de 23,8 GHz.
Q 11O que o laser de detecção provoca nos átomos de césio que estão no nível F=4?
Fluorescência
Um detector capta a luz emitida pelos átomos e a transforma em um sinal de saída, usado para ajustar o relógio.
Q 12Um relógio atômico de feixe térmico erra cerca de um segundo a cada quantos anos?
1 milhão
Nesse tipo de relógio, o césio é vaporizado em um forno e sai por uma abertura na forma de um feixe.
Q 13Quem foi o primeiro a sugerir o uso de transições atômicas para medir o tempo?
Lord Kelvin
A ideia aparece na segunda edição de um livro publicado em 1879, que propunha usar as transições do hidrogênio ou do sódio.
Q 21Quem propôs o método dos dois campos oscilantes usado nos relógios atômicos de césio?
Ramsey
O método de ressonância magnética é aplicado na cavidade de micro-ondas, onde os átomos passam do nível F=3 para o F=4.
Q 22A frequência dos relógios atômicos óticos é cerca de quantas vezes maior que a dos de césio?
50 mil
As frequências de ressonância desses relógios ficam entre 400 e 790 THz, na faixa da luz visível.
Q 23Que característica do césio à temperatura ambiente favorece seu uso em relógios atômicos?
Pressão de vapor elevada
O césio também é abundante na natureza e tem grande pureza isotópica, outras duas vantagens para construir padrões de tempo.
Q 14Que fenômeno ajuda os relógios óticos a superar o limite imposto por flutuações aleatórias?
Emaranhamento
Nesse estado não clássico, as medições dos átomos de um grupo saem correlacionadas, embora cada átomo isolado se comporte como uma moeda lançada ao acaso.
Q 15O sinal de saída do detector de um relógio de césio serve para corrigir qual componente?
Oscilador local
A correção trava esse componente na frequência exata do césio; a oscilação resultante pode então ser enviada a um contador.
Q 16Que tipo de onda os feixes de laser de uma rede ótica formam ao se interceptarem?
Estacionária
Essa onda tem picos e vales de intensidade de luz, e é neles que os átomos acabam aprisionados.
Q 17Qual é a velocidade dos átomos de césio em um relógio atômico tipo chafariz?
3 m/s
Vários feixes de laser freiam os átomos e os reúnem em uma nuvem esférica; no relógio de feixe térmico eles são dezenas de vezes mais rápidos.
Q 18Que dispositivo reduz as oscilações dos relógios óticos até as micro-ondas para a contagem?
Pente de frequência
Esses dispositivos funcionam como engrenagens de redução, trazendo as altas frequências da luz para uma faixa em que podem ser contadas.
Q 19Quantos períodos da radiação do césio definem a duração de um segundo no SI?
9.192.631.770
A pressão por uma definição atômica cresceu à medida que vários laboratórios construíam relógios de césio cada vez mais precisos.
Q 20Que físico discutiu em 1939 o uso de sua técnica de ressonância magnética como padrão de tempo?
Isidor Rabi
A conversa, informal, foi com cientistas do National Bureau of Standards, nos Estados Unidos; a guerra acabou paralisando o trabalho.
Q 24Como se chama a limitação inerente à estabilidade dos relógios atômicos óticos?
Limite Quântico Padrão
É um limite operacional: nasce de flutuações aleatórias que afetam qualquer medição feita com os átomos.
Q 25No relógio tipo chafariz, como se chama a primeira cavidade atravessada pelos átomos de césio?
Preparação
Ela coloca a maioria dos átomos no nível hiperfino F=3 antes que eles sigam para a cavidade seguinte.
Q 26Medições de 2020 usaram cerca de 350 átomos emaranhados de qual elemento em um relógio ótico?
Itérbio
O resultado abre caminho para a construção futura de relógios atômicos óticos ainda mais precisos.
Q 27No relógio de feixe térmico, que nome tem o laser que leva os átomos de césio ao nível F=3?
Bombeio
Ao sair do forno, os átomos se dividem entre os níveis hiperfinos F=3 e F=4; esse laser concentra a maioria em um só deles.
Q 28Íons de qual elemento são usados em relógios atômicos óticos que operam a 1.064 THz?
Mercúrio
Outra frequência comum é a de 457 THz, obtida com átomos de cálcio presos em uma armadilha magneto-ótica.
Q 29Em que nível de energia fica o único elétron da última camada do átomo de césio?
6s
Essa última camada é a P, e o nível pode ser dividido, na estrutura hiperfina, em mais dois níveis de energia.
Q 30Quem liderou a equipe que construiu o Atomichron, primeiro relógio atômico de césio comercial?
Jerrold Zacharias
O modelo chegou ao mercado apenas um ano depois do relógio do NPL, e cerca de 50 unidades foram vendidas até 1960.