Атомные часы, это тип часов, которые используют определенные резонансные частоты атомов (обычно цезия или рубидия), чтобы измерять время с особой точностью. Электронные компоненты атомных часов, регулируют частоты электромагнитного излучения. Только тогда, когда это излучение поддерживается на высокой определенной частоте, оно будет вызывать квантовый переход (изменение энергии) атомов цезия или рубидия.
В атомных часах эти квантовые переходы наблюдаются, и поддерживаются в обратной связи, которая урезает частоту электромагнитного излучения; как периодических событий в других типах часов, эти волны затем подсчитываются.
В 1967 году Генеральная конференция по мерам и весам пересмотрела единицу времени в Международной системе единиц, с точки зрения стандарта цезия. Конференция определила секунду, как «продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133».
До 1990-х годов цезиевые атомные часы были самым точным стандартом атомного времени и частоты. Принцип, лежащий в основе цезиевых часов, является то, что все атомы цезия-133 идентичны, и, когда они поглощают или высвобождают энергию, производится излучение с одинаковой частотой, что делает атомы совершенными часами. С этого времени, лабораториями по всему миру постоянно повышалась точность цезиевых атомных часов.
Процесс синхронизации начинается с введения цезия в вакуумную камеру и направления шести инфракрасных лазеров (расположен под прямым углом друг к другу), чтобы уплотнить и охладить (замедлить) атомы цезия до температуры, близкой к абсолютному нулю. Затем два вертикальных лазера используются, чтобы подтолкнуть атомы, создавая «фонтан». Частота микроволнового излучения настроена увеличить наблюдаемую флуоресценцию, которая происходит на естественной резонансной частоте 9192631770 Гц атома цезия. Круговое движение через резонатор занимает около секунды, контроль частоты привел к большей точности хронометража. Цезиевые атомные часы в настоящее время, по прогнозам, будут отставать менее чем на одну секунду, более чем через 50 миллионов лет.
Наиболее широко используемые атомные часы в последние годы были цезиевые часы и рубидиевые часы. Такие часы обеспечили точность, необходимую для проверки общей теории относительности, и отслеживают изменения в частотах пульсаров. Атомные часы являются неотъемлемой частью системы глобального позиционирования.