原子時計
1949年、アメリカ国立標準局においてアンモニアの吸収線を用いた原子時計が物理学者ハロルド・ライオンズによって発明された。またアメリカで発明され、イギリス国立物理学研究所(NPL)のルイ・エッセン(英語版)らによって開発されたセシウム原子時計は1955年から1958年まで国際原子時(TAI)を刻み実用化第1号となった。その後、1967年の第13回国際度量衡総会において現在用いられている国際単位系(SI)の秒の定義「セシウム133の原子の基底状態の2つの超微細準位の間の遷移に対応する放射の周期の 9192631770 倍に等しい時間」が決定された。1991年12月にヒューレット・パッカードが発表したセシウム原子時計HP 5071Aの誤差は160万年に1秒としてギネスブックに「最も正確な時計」として認定されていた。2011年8月の発表によると情報通信研究機構(NICT)と東京大学が独立に開発した原子時計を超高精度光伝送技術を用いて結び、6500万年に1秒(16桁)の精度を確かめた。米国には70億年に1秒の精度とされる原子時計がある。
マイクロ波時計の一種である。アンモニアやセシウムの他にルビジウムや水素なども用いられるが、セシウム原子時計の例について述べる。まず炉から放射されたセシウム133の蒸気を、磁場によって超微細準位の異なる2つに分離する。分離されたうち基底状態の原子に水晶振動子を基準として 9192631770 Hz のマイクロ波を照射し、これによって励起された原子に再び磁場をかけて分離する。励起状態のセシウムの量が多くなるよう周波数を調整し、正確な 9192631770 Hz のマイクロ波を作り出す。1967年から、国際的な1秒の定義となっている。誤差は1億年に1秒(10)程度とされている。最高精度を実現しているのは1次標準の数台に限られており、多くは少し精度の低い商業的に作られた2次標準を用いている。