Zegar atomowy to urządzenie do pomiaru czasu, które działa poprzez monitorowanie częstotliwości rezonansowej atomów. Opiera się na atomach o różnych poziomach energetycznych. Elektrony w atomach przeskakują między różnymi poziomami energetycznymi, co wiąże się z emisją lub absorpcją promieniowania elektromagnetycznego o precyzyjnie określonej częstotliwości. To zjawisko służy jako podstawa definicji sekundy w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar (SI).
Definicja ta stanowi podstawę Międzynarodowego Czasu Atomowego (TAI), który jest utrzymywany przez sieć zegarów atomowych na całym świecie. System uniwersalnego czasu koordynowanego (UTC), który jest używany do celów cywilnych, wprowadza sekundy przestępne, aby dostosować czas zegarowy do zmian w ruchu obrotowym Ziemi z dokładnością do jednej sekundy. Jednak sekundy przestępne zostaną wycofane w 2035 roku.
Zegary atomowe są również kluczowe dla nawigacji satelitarnej, takiej jak europejski program Galileo i amerykański GPS. Precyzyjny pomiar czasu jest istotny, ponieważ mniejsze błędy w czasie prowadzą do mniejszych błędów w określaniu odległości. Na przykład, błąd czasowy rzędu nanosekundy (miliardowej części sekundy) przekłada się na prawie 30-centymetrową (11,8 cala) odchyłkę w położeniu.
Najczęściej stosowane zegary atomowe wykorzystują atomy cezu schłodzone do temperatur bliskich zeru bezwzględnemu. Podstawowy standard czasu w Stanach Zjednoczonych, zegar fontannowy z cezem Narodowego Instytutu Standaryzacji i Technologii (NIST), znany jako NIST-F2, mierzy czas z niepewnością jednej sekundy na 300 milionów lat (niepewność względna 10^-16). NIST-F2 został uruchomiony 3 kwietnia 2014 roku.
