Atomklockor är de mest exakta tidtagningsanordningar som någonsin skapats. De fungerar genom att mäta atomernas naturliga vibrationer, som är otroligt stabila och konsekventa. Den vanligaste typen av atomur använder vibrationerna från cesiumatomer, som kyls till temperaturer nära absolut noll och sedan manipuleras med hjälp av mikrovågor.

Här är en förenklad förklaring av hur atomklockor fungerar:

Cesiumatomer och mikrovågor:

1. Val av cesiumatomer: En stråle av cesiumatomer produceras och skickas genom en serie magneter som väljer ut atomer med en specifik energinivå.

2. Mikrovågshålighet: De utvalda cesiumatomerna går in i en exakt utformad mikrovågshålighet fylld med mikrovågsstrålning.

3. Mikrovågsfrekvens: Mikrovågornas frekvens är mycket nära den naturliga resonansfrekvensen för cesiumatomer (cirka 9,2 miljarder cykler per sekund).

Resonans och atomövergångar:

4. Resonansabsorption: När mikrovågornas frekvens matchar den naturliga resonansfrekvensen för cesiumatomer, absorberar ett betydande antal atomer mikrovågsenergin.

5. Atomövergång: Denna absorption av energi gör att cesiumatomerna genomgår en specifik övergång mellan två energinivåer.

Detektering och mätningstid:

6. Detektering: Efter att ha passerat genom mikrovågshålan detekteras cesiumatomerna med en detektor som kan skilja mellan exciterade (högenergi) atomer och oexciterade (lägre energi) atomer.

7. Mättid: Antalet cesiumatomer som genomgår den specifika övergången (resonans) räknas noggrant och relateras till den exakt kända mikrovågsfrekvensen. Denna frekvens blir referensen för att hålla tid.

I praktiken består atomklockor av sofistikerad elektronik och lasrar för att stabilisera, kontrollera och exakt mäta de olika parametrarna som är involverade i processen. Stabiliteten och noggrannheten hos atomklockor har mycket avancerade områden som navigering, kommunikation, satellitpositionering, vetenskaplig forskning och många andra tillämpningar som kräver exakt tidtagning.