Who decides how long a second is? - John Kitching

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Jorge Santos

In 1967, researchers from around the world

Em 1967, pesquisadores de todo o mundo

gathered to answer a long-running scientific question—

se reuniram para responder a uma pergunta científica de longa data:

just how long is a second?

qual é a duração de um segundo?

It might seem obvious at first.

A princípio, pode parecer óbvio.

A second is the tick of a clock,

Um segundo é o tique-taque de um relógio,

the swing of a pendulum, the time it takes to count to one.

o balanço de um pêndulo,

o tempo que leva para contar até um.

But how precise are those measurements?

Mas qual é a precisão dessas medidas?

What is that length based on?

Em que se baseia essa duração?

And how can we scientifically define this fundamental unit of time?

E como podemos definir cientificamente essa unidade fundamental de tempo?

For most of human history, ancient civilizations

Durante a maior parte da história humana, civilizações antigas mediram o tempo

measured time with unique calendars

com calendários únicos que rastreavam a marcha constante do céu noturno.

that tracked the steady march of the night sky.

In fact, the second as we know it wasn’t introduced until the late 1500’s,

Na verdade, o segundo, como o conhecemos,

não foi introduzido até o final dos anos 1500,

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

quando o calendário gregoriano começou a se espalhar pelo mundo

alongside British colonialism.

ao lado do colonialismo britânico.

The Gregorian calendar defined a day as a single revolution of the Earth

O calendário gregoriano definia um dia

como uma única rotação da Terra em torno de seu eixo.

about its axis.

Each day could be divided into 24 hours, each hour into 60 minutes,

Cada dia podia ser dividido em 24 horas,

cada hora em 60 minutos

and each minute into 60 seconds.

e cada minuto em 60 segundos.

However, when it was first defined,

No entanto, quando foi definido pela primeira vez,

the second was more of a mathematical idea than a useful unit of time.

o segundo era mais uma ideia matemática do que uma unidade útil de tempo.

Measuring days and hours was sufficient for most tasks in pastoral communities.

Medir dias e horas

era suficiente para a maioria das tarefas de comunidades pastorais.

It wasn’t until society became interconnected

Depois que a sociedade ficou interligada por ferrovias de movimento rápido,

through fast-moving railways that cities needed to agree on exact timekeeping.

as cidades precisaram concordar a respeito do registro exato do tempo.

By the 1950’s, numerous global systems required every second

Na década de 1950, vários sistemas globais

exigiam que cada segundo fosse perfeitamente considerado,

to be perfectly accounted for, with as much precision as possible.

com o máximo de precisão possível.

And what could be more precise than the atomic scale?

E o que poderia ser mais preciso do que a escala atômica?

Já em 1955, pesquisadores começaram a desenvolver relógios atômicos,

As early as 1955, researchers began to develop atomic clocks,

which relied on the unchanging laws of physics

que dependiam das leis imutáveis ​​da física

to establish a new foundation for timekeeping.

para estabelecer uma nova base para o registro do tempo.

An atom consists of negatively charged electrons

Um átomo consiste em elétrons de carga negativa

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

que orbitam um núcleo de carga positiva em uma frequência consistente.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

As leis da mecânica quântica mantêm esses elétrons no lugar,

but if you expose an atom to an electromagnetic field

mas, se expusermos um átomo a um campo eletromagnético,

such as light or radio waves,

como luz ou ondas de rádio,

you can slightly disturb an electron’s orientation.

poderemos perturbar um pouco a orientação dos elétrons.

And if you briefly tweak an electron at just the right frequency,

E, se ajustarmos precisamente um elétron na frequência certa,

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

poderemos criar uma vibração

que se assemelha a um pêndulo em movimento.

Unlike regular pendulums that quickly lose energy, electrons can tick for centuries.

Ao contrário de pêndulos regulares, que perdem energia rapidamente,

elétrons podem funcionar bem durante séculos.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

Para manter a consistência e facilitar a medição dos tique-taques,

researchers vaporize the atoms,

pesquisadores vaporizam os átomos,

converting them to a less interactive and volatile state.

convertendo-os em um estado menos interativo e volátil.

Mas esse processo não diminui o ritmo extraordinariamente rápido do átomo.

But this process doesn’t slow down the atom’s remarkably fast ticking.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

Alguns átomos podem oscilar mais de 9 bilhões de vezes por segundo,

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

dando a relógios atômicos

uma resolução incomparável para medir o tempo.

And since every atom of a given elemental isotope is identical,

E, como todo átomo de um determinado isótopo elementar é idêntico,

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

dois pesquisadores usando o mesmo elemento e a mesma onda eletromagnética

should produce perfectly consistent clocks.

devem produzir relógios perfeitamente consistentes.

But before timekeeping could go fully atomic,

Mas, antes que o registro do tempo pudesse se tornar totalmente atômico,

countries had to decide which atom would work best.

países tiveram que decidir qual átomo funcionaria melhor.

This was the discussion in 1967,

Essa foi a discussão em 1967,

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

na 13ª Conferência Geral

do Comitê Internacional de Pesos e Medidas.

for Weights and Measures.

There are 118 elements on the periodic table,

Existem 118 elementos na tabela periódica,

each with their own unique properties.

cada um com propriedades únicas próprias.

For this task, the researchers were looking for several things.

Para essa tarefa, os pesquisadores procuravam várias coisas.

The element needed to have long-lived

O elemento precisava ter

and high frequency electron oscillation for precise, long-term timekeeping.

oscilação de elétrons de longa duração e alta frequência

para registro preciso e de longo prazo do tempo.

To easily track this oscillation,

Para rastrear facilmente essa oscilação,

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

ele também precisava ter um spin quântico mensurável com segurança,

meaning the orientation of the axis about which the electron rotates—

ou seja, a orientação do eixo em torno do qual o elétron gira,

as well as a simple energy level structure—

bem como uma estrutura de nível de energia simples,

meaning the active electrons are few and their state is simple to identify.

o que significa que são poucos os elétrons ativos,

e que o estado deles é simples de se identificar.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

Finalmente, o elemento precisava ser fácil de se vaporizar.

The winning atom? Cesium-133.

O átomo vencedor?

O césio-133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

O césio já era um elemento popular para a pesquisa do relógio atômico

and by 1968, some cesium clocks were even commercially available.

e, em 1968, alguns relógios de césio já estavam disponíveis comercialmente.

All that was left was to determine how many ticks of a cesium atom

Tudo o que faltava era determinar quantos tique-taques de um átomo de césio

were in a second.

existiam em um segundo.

The conference used the most precise astronomical measurement

A conferência usou a medição astronômica mais precisa de um segundo

of a second available at the time—

disponível na época,

beginning with the number of days in a year and dividing down.

começando com o número de dias em um ano e dividindo ao mais baixo grau.

When compared to the atom’s ticking rate,

Comparados com a quantidade de tique-taques do átomo,

the results formally defined one second

os resultados definiram um segundo, de modo formal, como exatamente

as exactly 9,192,631,770 ticks of a cesium-133 atom.

9 bilhões

192 milhões

631 mil

770

tique-taques de um átomo de césio-133.

Today, atomic clocks are used all over the Earth— and beyond it.

Hoje, relógios atômicos são usados ​​em todo o planeta e além dele.

From radio signal transmitters to satellites

De transmissores de sinal de rádio

a satélites para sistemas de posicionamento global,

for global positioning systems,

these devices have been synchronized

esses dispositivos foram sincronizados

to help us maintain a globally consistent time—

para nos ajudar a manter um tempo globalmente consistente

with precision that’s second to none.

com uma precisão inigualável.