Un reloj atómico es el tipo de reloj más preciso del mundo, diseñado para medir el tiempo según las vibraciones dentro de los átomos. Se dice que el NIST-F1, el reloj atómico estándar de Estados Unidos, es tan preciso que no ganaría ni perdería un segundo en más de 30 millones de años. Los relojes atómicos se utilizan para coordinar sistemas que requieren una precisión extrema, como la navegación del Sistema de Posicionamiento Global ( GPS ) e Internet. Un grupo de relojes atómicos situados en varios lugares del mundo se utiliza conjuntamente para establecer el Tiempo Universal Coordinado ( UTC ).
Al igual que un reloj normal, un reloj atómico mantiene el tiempo según la oscilación, que es una variación o movimiento periódico entre dos entidades o entre dos estados de una misma entidad, creada por cambios de energía. En un reloj de péndulo, por ejemplo, la oscilación es el movimiento de ida y vuelta del péndulo (el oscilador). Un reloj de este tipo mantiene la hora según la frecuencia de oscilación del péndulo, que será más o menos precisa, dependiendo de una serie de variables. La precisión de un reloj atómico, en cambio, depende del hecho de que un átomo, al que se le hace oscilar, siempre vibrará a la misma frecuencia.
En 1945, Isidor Rabi, un profesor de física de la Universidad de Columbia, propuso que las vibraciones atómicas podrían utilizarse para medir el tiempo, basándose en algo que había desarrollado llamado resonancia magnética de haz atómico. Cuatro años más tarde, la Oficina Nacional de Estándares (ahora Instituto Nacional de Estándares y Tecnología) había desarrollado un reloj atómico que utilizaba las vibraciones de las moléculas de amoníaco. El NIST-F1, el estándar actual de Estados Unidos, utiliza átomos de cesio; éste y un estándar de reloj atómico similar en París son los relojes más precisos jamás fabricados.
Los primeros relojes atómicos comerciales basados en el cesio fueron fabricados por la National Company, una empresa con sede en Massachusetts; Frequency Electronics, FTS y Hewlett-Packard ( HP ) se encuentran entre las empresas que los producen en la actualidad. Los relojes atómicos nunca se han utilizado de forma generalizada en productos de consumo porque suelen ser grandes y consumen demasiada energía. Sin embargo, recientemente el NIST ha desarrollado un reloj atómico que supera estos problemas. Del tamaño de un grano de arroz y con una precisión de un segundo en 126 años, el nuevo mecanismo podría fabricarse pronto en chips de ordenador y utilizarse en dispositivos portátiles del mercado de consumo, como radios, sistemas GPS y teléfonos móviles.