Who decides how long a second is? - John Kitching

Tradutor: Ana Sofia Ferreira Revisora: Margarida Ferreira

In 1967, researchers from around the world

Em 1967, investigadores de todo o mundo

gathered to answer a long-running scientific question—

reuniram-se para responder a uma antiga questão científica:

just how long is a second?

quanto dura ao certo um segundo?

It might seem obvious at first.

Pode parecer óbvio à primeira vista.

A second is the tick of a clock,

Um segundo é um tique do relógio,

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

o balançar de um pêndulo, o tempo que demora a contar até um.

But how precise are those measurements?

Mas quão exatas são estas 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 esta medida de tempo fundamental?

For most of human history, ancient civilizations

Durante a maior parte da história da Humanidade

as civilizações antigas mediam o tempo com calendários únicos

measured time with unique calendars

that tracked the steady march of the night sky.

que monitorizavam a marcha estável do céu noturno.

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

O segundo tal como o conhecemos só foi introduzido no final do século XVI,

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

quando o calendário gregoriano começou a espalhar-se pelo mundo

alongside British colonialism.

juntamente com o 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 sobre o 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,

Contudo, 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 de tempo útil.

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

Medir os dias e as horas era suficiente

para a maioria das tarefas das comunidades rurais.

It wasn’t until society became interconnected

Só quando a sociedade se tornou interligada por rápidos caminhos de ferro

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

é que as cidades precisaram de concordar numa medição de tempo exata.

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

Nos anos 50, vários sistemas globais exigiam que todos os segundos

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

fossem perfeitamente contados, com a maior precisão possível.

And what could be more precise than the atomic scale?

E o que pode ser mais preciso do que a escala atómica?

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

Em 1955, os investigadores começaram a desenvolver relógios atómicos,

which relied on the unchanging laws of physics

que assentavam nas leis imutáveis da Física

to establish a new foundation for timekeeping.

para definir um nova base para a medição de tempo.

An atom consists of negatively charged electrons

Um átomo consiste em eletrões com carga negativa

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

a orbitar em torno de um núcleo com carga positiva numa frequência constante.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

As leis da mecânica quântica mantêm esses eletrões no seu lugar

but if you expose an atom to an electromagnetic field

mas, se um átomo for exposto a um campo eletromagnético,

such as light or radio waves,

como ondas de luz ou rádio,

you can slightly disturb an electron’s orientation.

a orientação do eletrão pode ser ligeiramente perturbada.

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

E se ajustarmos ligeiramente um eletrão na frequência certa,

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

podemos criar uma vibração semelhante a um pêndulo em movimento.

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

Ao contrário dos pêndulos comuns que rapidamente perdem energia

os eletrões podem continuar em movimento durante séculos.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

Para manter a consistência e tornar os tiquetaques mais fáceis de medir,

researchers vaporize the atoms,

os investigadores vaporizam os átomos,

converting them to a less interactive and volatile state.

convertendo-os num estado volátil e menos interativo.

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

Mas este processo não abranda a notável rapidez dos tiquetaques do átomo.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

Alguns átomos podem oscilar mais de nove mil milhões de vezes por segundo,

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

dando aos relógios atómicos uma resolução sem paralelo para medir o tempo.

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

E como todos os átomos de um determinado isótopo são idênticos,

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

dois investigadores que usem 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 de a medição do tempo poder ser totalmente atómica,

countries had to decide which atom would work best.

os países tiveram de decidir qual o átomo que funcionaria melhor.

This was the discussion in 1967,

Foi esta a discussão em 1967,

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

na 13.ª Conferência Geral

do Comité Internacional de Pesos e Medidas.

for Weights and Measures.

There are 118 elements on the periodic table,

Há 118 elementos na tabela periódica,

each with their own unique properties.

cada um deles com propriedades únicas.

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

Para esta tarefa, os cientistas procuravam várias coisas.

The element needed to have long-lived

Tinha de ter uma oscilação de eletrões de longa duração e alta frequência

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

para uma medição de tempo precisa e a longo-prazo.

To easily track this oscillation,

Para monitorizar facilmente essa oscilação,

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

também tinha de ter um “spin” quântico mensurável e fiável,

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

— ou seja, a orientação do eixo sobre o qual o eletrão gira —

as well as a simple energy level structure—

bem com uma estrutura de nível energético simples

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

— isto é, ter poucos eletrões ativos cujo estado seja simples de identificar.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

Por fim, tinha de ser fácil de vaporizar.

The winning atom? Cesium-133.

O átomo vencedor? Césio-133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

O césio já era um elemento popular na investigação do relógio atómico,

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

e, em 1968, havia até alguns relógios de césio à venda.

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

Só faltava determinar quantos tiquetaques de um átomo de césio

were in a second.

havia num segundo.

The conference used the most precise astronomical measurement

A conferência usou a medida astronómica de um segundo

of a second available at the time—

mais precisa que havia na altura:

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

pegar no número de dias de um ano e ir dividindo.

When compared to the atom’s ticking rate,

Comparando com a taxa de tiquetaques do átomo,

the results formally defined one second

os resultados definiram formalmente um segundo

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

como exatamente

9 192 631 770 tiquetaques

de um átomo de césio-133.

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

Atualmente, os relógios atómicos são usados em todo o mundo, e não só.

From radio signal transmitters to satellites

Dos transmissores de sinais de rádio até aos satélites

for global positioning systems,

e aos sistemas de posicionamento global,

these devices have been synchronized

estes dispositivos têm sido 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 fora de série.