Un orologio atomico è il tipo di orologio più preciso al mondo, progettato per misurare il tempo secondo le vibrazioni all’interno degli atomi. Il NIST-F1, l’orologio atomico standard degli Stati Uniti, si dice sia così preciso che non guadagnerebbe né perderebbe un secondo in oltre 30 milioni di anni. Gli orologi atomici sono usati per coordinare sistemi che richiedono estrema precisione, come la navigazione Global Positioning System ( GPS ) e Internet. Un gruppo di orologi atomici situati in un certo numero di luoghi in tutto il mondo è usato insieme per stabilire il Tempo Universale Coordinato ( UTC ).
Come un normale orologio, un orologio atomico mantiene il tempo secondo l’oscillazione, che è una variazione periodica o un movimento tra due entità o tra due stati di una singola entità, creato da cambiamenti di energia. In un orologio a pendolo, per esempio, l’oscillazione è il movimento avanti e indietro del pendolo (l’oscillatore). Un tale orologio tiene il tempo secondo la frequenza dell’oscillazione del pendolo, che sarà più o meno precisa, a seconda di un certo numero di variabili. La precisione di un orologio atomico, invece, dipende dal fatto che un atomo, fatto oscillare, vibrerà sempre alla stessa frequenza.
Nel 1945, Isidor Rabi, professore di fisica alla Columbia University, propose che le vibrazioni atomiche potessero essere usate per tenere il tempo, sulla base di qualcosa che aveva sviluppato chiamato risonanza magnetica a fascio atomico. Quattro anni dopo, il National Bureau of Standards (ora National Institute of Standards and Technology) aveva sviluppato un orologio atomico che utilizzava le vibrazioni delle molecole di ammoniaca. Il NIST-F1, lo standard attuale degli Stati Uniti, usa atomi di cesio; esso e uno standard simile di orologio atomico a Parigi sono gli orologi più precisi mai realizzati.
I primi orologi atomici commerciali a base di cesio furono prodotti dalla National Company, una ditta del Massachusetts; Frequency Electronics, FTS, e Hewlett-Packard ( HP ) sono tra le aziende che li producono oggi. Gli orologi atomici non sono mai stati ampiamente utilizzati nei prodotti di consumo perché sono tipicamente grandi e usano troppa energia. Recentemente, tuttavia, il NIST ha sviluppato un orologio atomico che supera questi problemi. Delle dimensioni di un chicco di riso e preciso entro un secondo in 126 anni, il nuovo meccanismo potrebbe presto essere prodotto su chip di computer e usato in dispositivi portatili del mercato dei consumatori, come radio, sistemi GPS e telefoni cellulari.