Une horloge atomique est un dispositif de chronométrage très précis qui s’appuie sur l’étalon de fréquence connu d’un élément pour marquer le passage du temps. Chaque élément émet des impulsions à intervalles connus dans différentes fréquences, et ces émissions sont très stables et très régulières. A l’aide de ces impulsions, il est possible de garder l’heure très précisément. Le temps peut être marqué si précisément, en fait, que la norme internationale pour la définition d’une seconde est basée sur le césium 133, un élément utilisé dans les horloges atomiques les plus précises au monde.
Les horloges atomiques reposent sur l’utilisation d’un oscillateur qui est réglé sur la fréquence à laquelle les émissions se produisent. Dans un environnement hautement contrôlé conçu pour éliminer autant d’incertitudes que possible, l’oscillateur répond aux impulsions générées par l’élément utilisé dans l’horloge atomique. Bien que de nombreuses personnes associent « atomique » au rayonnement nucléaire, une horloge atomique n’utilise pas réellement d’éléments qui génèrent un rayonnement dangereux.
La première horloge atomique a été développée en 1948. Elle n’était pas très précise, mais elle a démontré que les théories développées au cours des décennies précédentes étaient en fait vraies et qu’il était possible de construire une horloge qui utilisait l’étalon de fréquence d’un élément comme mesure de chronométrage. . Les chercheurs ont rapidement développé des horloges plus précises et, finalement, une série d’horloges à fontaine au césium ont été utilisées dans le monde entier, gardant l’heure standard universelle, la base utilisée pour déterminer l’heure qu’il est. Ces horloges sont utilisées par les gouvernements nationaux et les laboratoires scientifiques pour s’assurer que leur chronométrage est précis et uniforme.
Les laboratoires utilisent des horloges atomiques pour conserver une heure très précise. Un certain nombre d’entreprises vendent également des horloges étiquetées « atomiques » aux consommateurs. Ces horloges sont en fait des horloges radio ; ils communiquent avec d’autres horloges atomiques pour garder le temps, plutôt que d’être eux-mêmes des horloges atomiques. Bien que ces horloges puissent être très précises, il existe une marge d’erreur qui les rend impropres à une utilisation scientifique.
Aux États-Unis, le National Institute of Standards and Technology (NIST) maintient une horloge atomique à fontaine de césium dans un laboratoire situé à Boulder, Colorado, qui est utilisée comme l’une des nombreuses horloges qui contribuent au chronométrage coordonné utilisé pour garder une trace de International Temps atomique. D’autres laboratoires participants se trouvent dans des endroits comme la Grande-Bretagne, l’Australie, l’Égypte, l’Inde, la Russie et la France, entre autres. La précision de ces horloges s’améliore constamment ; à partir de 2009, de telles horloges ne devraient pas gagner ou perdre une seconde sur une période de 60 millions d’années.