Nuestra primera comprensión de las unidades de tiempo, como el segundo, se basó en la tecnología desarrollada en la década de 1940 y en el posterior consenso científico de 1967. Un segundo se describía anteriormente como 0,000,011,574 de un día solar medio. Sin embargo, la rotación irregular de la Tierra tuvo el efecto de hacer imprecisa la medición del tiempo. Los relojes superprecisos de hoy en día se basan en los trabajos de Isidor Rabi, un profesor de física de la Universidad de Colombia, que dominó la técnica de resonancia magnética de haz atómico en la década de 1930.
La técnica exploraba la idea de exponer las partículas subatómicas a frecuencias de radiación específicas para provocar un “salto” en los electrones que normalmente giran alrededor del núcleo de un átomo. La medición de los movimientos era más precisa en comparación con las técnicas clásicas utilizadas para dar la hora. La National Bureau of Standard construyó el primer reloj atómico en 1949. La precisión de los relojes atómicos ayudó a los científicos a redefinir el segundo como unidad de tiempo en 1967. La definición actual de un segundo es el tiempo que transcurre en el transcurso de 9.192.631.770 ciclos de radiación creados por una transición entre los niveles de los átomos de cesio 133.
El reloj más preciso del mundo se encuentra en Estados Unidos. El reloj fue construido por el National Institute of Standard and Technology junto con la Universidad de Colorado, en Boulder.
El reloj es tan preciso que no se pierde ningún segundo en toda la edad del Universo. No se puede subestimar la importancia de la precisión del tiempo, especialmente en el mundo actual, en el que las tecnologías habilitadas por el GPS desempeñan un papel fundamental en nuestra vida cotidiana, incluidos los viajes y las aplicaciones militares.
El reloj optimiza las técnicas anteriores utilizando estroncio 87, cuyos átomos oscilan en femtosegundos (1 millón de billones de veces por segundo). El reloj tiene miles de átomos de estroncio en estado de superenfriamiento dispuestos en una red tridimensional. Los átomos se empujan para que empiecen a vibrar mediante un láser rojo sintonizado con la frecuencia del estroncio. A continuación, la vibración se lee mediante un peine de frecuencias óptico. El reloj es tan preciso que, de cada 10 quintillones de “ticks”, unos 3,5 no estarían sincronizados.
En el pasado se ha observado que los relojes atómicos son lo suficientemente precisos como para calibrar los efectos de la gravedad en el tiempo con sólo moverlos unos centímetros hacia arriba y hacia abajo. Los relojes más precisos también contribuyen a mejorar el GPS y otras tecnologías que dependen del tiempo.
Los relojes precisos también podrían utilizarse para comprender mejor las capas internas de la Tierra y, por tanto, ayudar a predecir el clima y la actividad volcánica. Los relojes cada vez más precisos también permiten a los científicos poner a prueba las afirmaciones de Einstein sobre la relatividad general con la esperanza de determinar la relación entre la teoría cuántica y la gravedad.