Een atoomklok is het nauwkeurigste type uurwerk ter wereld, ontworpen om de tijd te meten aan de hand van trillingen binnen atomen. Van NIST-F1, de standaard-atoomklok van de Verenigde Staten, wordt gezegd dat hij zo nauwkeurig is dat hij in meer dan 30 miljoen jaar geen seconde zou winnen of verliezen. Atoomklokken worden gebruikt om systemen te coördineren die uiterste precisie vereisen, zoals Global Positioning System ( GPS ) navigatie en het internet. Een groep atoomklokken die zich op een aantal plaatsen in de wereld bevinden, wordt samen gebruikt om de gecoördineerde universele tijd ( UTC ) vast te stellen.
Zoals een gewone klok houdt een atoomklok de tijd bij volgens oscillatie, dat wil zeggen een periodieke variatie of beweging tussen twee entiteiten of tussen twee toestanden van een enkele entiteit, tot stand gebracht door veranderingen in energie. In een slingeruurwerk, bijvoorbeeld, is de oscillatie het heen en weer bewegen van de slinger (de oscillator). Een dergelijke klok houdt de tijd bij volgens de frequentie van de slingerbeweging, die meer of minder nauwkeurig zal zijn, afhankelijk van een aantal variabelen. De nauwkeurigheid van een atoomklok daarentegen hangt af van het feit dat een atoom, dat in trilling wordt gebracht, altijd met dezelfde frequentie zal trillen.
In 1945 stelde Isidor Rabi, een professor in de natuurkunde aan de Columbia University, voor dat atoomtrillingen konden worden gebruikt om de tijd bij te houden, op basis van iets dat hij had ontwikkeld en atomaire magnetische resonantie met bundels heette. Vier jaar later had het National Bureau of Standards (nu het National Institute of Standards and Technology ) een atoomklok ontwikkeld die gebruik maakte van de trillingen van ammoniakmoleculen. NIST-F1, de huidige standaard van de Verenigde Staten, maakt gebruik van cesiumatomen; het en een soortgelijke atoomklok standaard in Parijs zijn de meest nauwkeurige uurwerken ooit gemaakt.
De eerste commerciële atoomklokken op basis van cesium werden vervaardigd door de National Company, een in Massachusetts gevestigde firma; Frequency Electronics, FTS, en Hewlett-Packard ( HP ) behoren tot de bedrijven die ze vandaag produceren. Atoomklokken zijn nooit op grote schaal gebruikt in consumentenproducten omdat zij doorgaans groot zijn en te veel stroom verbruiken. Onlangs heeft het NIST echter een atoomklokje ontwikkeld dat deze problemen ondervangt. Ongeveer zo groot als een rijstkorrel en nauwkeurig tot op één seconde in 126 jaar, zou het nieuwe mechanisme binnenkort kunnen worden vervaardigd op computerchips en worden gebruikt in handheld apparaten voor de consumentenmarkt, zoals radio’s, GPS-systemen en mobiele telefoons.