Als u hebt gelezen hoe GPS-ontvangers werken, je weet dat atoomklokken extreem belangrijk zijn voor het systeem. Je hoort ook vaak over atoomklokken in advertenties voor de nieuwe klokken die zichzelf automatisch synchroniseren met de atoomklok in Boulder, Colorado. Atoomklokken zijn ook belangrijk voor een verscheidenheid aan wetenschappelijke inspanningen.

Dus laten we beginnen met het algemene idee van een klok. De taak van een klok is om het verstrijken van de tijd bij te houden. Alle klokken doen dit door de "tikken" van een "resonator" te tellen.

In een slingerklok, de resonator is een slinger en de tandwielen in de klok houden de tijd bij door de resonanties (het heen en weer zwaaien) van de slinger te tellen. De slinger resoneert meestal met een frequentie van één zwaai per seconde. Een digitale klok gebruikt ofwel de oscillaties op de hoogspanningslijn (60 cycli per seconde in de Verenigde Staten, 50 cycli per seconde in Europa) of de oscillaties van een kwartskristal als resonator, en telt met behulp van digitale tellers. De nauwkeurigheid van de klok wordt bepaald door de nauwkeurigheid van de resonator op de gespecificeerde frequentie.

Een atoomklok is een klok die de resonantiefrequenties van gebruikt atomen als zijn resonator. Volgens Encyclopedia Britannica, de resonator wordt "gereguleerd door de frequentie van de elektromagnetische microgolfstraling die wordt uitgezonden of geabsorbeerd door de kwantumovergang (energieverandering) van een atoom of molecuul." (Zie het National Institute of Standards and Technology voor een diagram en beschrijving van het proces.)

Het voordeel van deze benadering is dat atomen resoneren op extreem consistente frequenties. Als je een atoom van cesium neemt en vraagt ​​om te resoneren, het zal op exact dezelfde frequentie resoneren als elk ander cesiumatoom. Cesium-133 oscilleert op 9, 192, 631, 770 cycli per seconde. Dit soort nauwkeurigheid is totaal anders dan de nauwkeurigheid van een kwartsklok. In een kwartsklok, het kwartskristal is zo vervaardigd dat de oscillatiefrequentie ervan dicht bij een standaardfrequentie ligt; maar fabricagetoleranties zorgen ervoor dat elk kristal iets anders is, en zaken als temperatuur zullen de frequentie veranderen. Een cesiumatoom resoneert altijd op de dezelfde bekende frequentie -- dat is wat atoomklokken zo nauwkeurig maakt.

Hier zijn enkele interessante links:

• Hoe atoomklokken werken
• Hoe quartz horloges werken
• Hoe slingerklokken werken
• Hoe digitale klokken werken
• In een opwindbare wekker
• Hoe tijd werkt
• Het "atoomtijdperk" van tijdstandaarden
• Physics Laboratory:Time &Frequency Division - National Institute of Standards and Technology (Boulder, CO)
• 1997 Nobelprijs voor de natuurkunde - voor de ontwikkeling van methoden om atomen te koelen en op te sluiten met laserlicht.
• De officiële Amerikaanse tijd