Eine Atomuhr ist ein hochpräzises Zeitmessgerät, das sich auf das bekannte Frequenznormal eines Elements verlässt, um den Zeitablauf zu markieren. Jedes Element sendet Impulse in bekannten Intervallen in unterschiedlichen Frequenzen aus, und diese Emissionen sind sehr stabil und sehr regelmäßig. Mit Hilfe dieser Impulse ist es möglich, die Zeit sehr genau zu halten. Die Zeit kann so genau markiert werden, dass der internationale Standard für die Definition einer Sekunde auf Cäsium 133 basiert, einem Element, das in den genauesten Atomuhren der Welt verwendet wird.
Atomuhren beruhen auf der Verwendung eines Oszillators, der auf die Frequenz abgestimmt ist, in der Emissionen auftreten. In einer streng kontrollierten Umgebung, die darauf ausgelegt ist, so viel Unsicherheit wie möglich zu beseitigen, reagiert der Oszillator auf die Impulse, die von dem in der Atomuhr verwendeten Element erzeugt werden. Obwohl viele Menschen „atomar“ mit atomarer Strahlung assoziieren, verwendet eine Atomuhr keine Elemente, die gefährliche Strahlung erzeugen.
Die erste Atomuhr wurde 1948 entwickelt. Sie war nicht besonders genau, aber sie zeigte, dass die in früheren Jahrzehnten entwickelten Theorien tatsächlich wahr waren, und es war möglich, eine Uhr zu bauen, die das Frequenznormal eines Elements als Zeitmesser verwendete . Die Forscher entwickelten schnell genauere Uhren, und schließlich wurde eine Reihe von Cäsium-Fontänenuhren auf der ganzen Welt verwendet, die die Universal Standard Time beibehielten, die Grundlage für die Bestimmung der Uhrzeit. Diese Uhren werden von nationalen Regierungen und wissenschaftlichen Labors verwendet, um sicherzustellen, dass ihre Zeitmessung genau und einheitlich ist.
Labore verwenden Atomuhren, um die Zeit hochgenau zu halten. Eine Reihe von Unternehmen verkaufen auch Uhren, die als „atomar“ gekennzeichnet sind, an Verbraucher. Diese Uhren sind eigentlich Funkuhren; sie kommunizieren mit anderen Atomuhren, um die Zeit zu halten, anstatt selbst Atomuhren zu sein. Obwohl diese Uhren sehr genau sein können, gibt es eine Fehlertoleranz, die sie für wissenschaftliche Zwecke ungeeignet macht.
In den Vereinigten Staaten unterhält das National Institute of Standards and Technology (NIST) eine Cäsiumbrunnen-Atomuhr in einem Labor in Boulder, Colorado, die als eine von zahlreichen Uhren verwendet wird, die zur koordinierten Zeitmessung beitragen, die verwendet wird, um den internationalen Überblick zu behalten Atomzeit. Weitere teilnehmende Labore befinden sich unter anderem an Standorten wie Großbritannien, Australien, Ägypten, Indien, Russland und Frankreich. Die Genauigkeit dieser Uhren verbessert sich ständig; ab 2009 sollten solche Uhren in einem Zeitraum von 60 Millionen Jahren keine Sekunde gewinnen oder verlieren.