Een atoomklok is het nauwkeurigste type uurwerk ter wereld, ontworpen om de tijd te meten aan de hand van trillingen in atomen. NIST-F1, de standaard-atoomklok van de Verenigde Staten, is naar verluidt zo nauwkeurig dat hij in meer dan 30 miljoen jaar geen seconde zou winnen of verliezen. Atoomklokken worden gebruikt om systemen te coördineren die uiterste precisie vereisen, zoals Global Positioning System ( GPS ) navigatie en het internet. Een groep atoomklokken die zich op een aantal plaatsen in de wereld bevinden, wordt samen gebruikt om de gecoördineerde universele tijd ( UTC ) vast te stellen.
Zoals een gewone klok houdt een atoomklok de tijd bij volgens oscillatie, dat wil zeggen een periodieke variatie of beweging tussen twee entiteiten of tussen twee toestanden van een enkele entiteit, tot stand gebracht door veranderingen in energie. In een slingeruurwerk, bijvoorbeeld, is de oscillatie het heen en weer bewegen van de slinger (de oscillator). Een dergelijke klok houdt de tijd bij volgens de frequentie van de slingerbeweging, die meer of minder nauwkeurig zal zijn, afhankelijk van een aantal variabelen. De nauwkeurigheid van een atoomklok daarentegen hangt af van het feit dat een atoom, dat in trilling wordt gebracht, altijd met dezelfde frequentie zal trillen.
In 1945 stelde Isidor Rabi, een natuurkundeprofessor aan de Columbia-universiteit, voor dat atoomtrillingen konden worden gebruikt om de tijd bij te houden, op basis van iets dat hij had ontwikkeld en atomaire magnetische resonantie werd genoemd. Vier jaar later had het National Bureau of Standards (nu het National Institute of Standards and Technology ) een atoomklok ontwikkeld die gebruik maakte van de trillingen van ammoniakmoleculen. NIST-F1, de huidige standaard van de Verenigde Staten, maakt gebruik van cesiumatomen; deze klok en een soortgelijke atoomklokstandaard in Parijs zijn de nauwkeurigste uurwerken die ooit zijn gemaakt.
De eerste commerciële atoomklokken op basis van cesium werden vervaardigd door de National Company, een in Massachusetts gevestigde firma; Frequency Electronics, FTS, en Hewlett-Packard ( HP ) behoren tot de bedrijven die ze vandaag de dag produceren. Atoomklokken zijn nooit op grote schaal gebruikt in consumentenproducten omdat zij doorgaans groot zijn en te veel stroom verbruiken. Onlangs heeft het NIST echter een atoomklokje ontwikkeld dat deze problemen ondervangt. Het nieuwe mechanisme, dat ongeveer zo groot is als een rijstkorrel en tot op één seconde nauwkeurig is in 126 jaar, zou binnenkort op computerchips kunnen worden vervaardigd en kunnen worden gebruikt in draagbare consumentenapparatuur, zoals radio's, GPS-systemen en mobiele telefoons.