El reloj atómico de cesio es un reloj atómico basado en la resonancia magnética electrónica de los átomos de cesio-133 y sirve como base del estándar moderno de tiempo. Su principio se basa en la división de niveles de energía de la estructura hiperfina del estado fundamental de los átomos de cesio, poseyendo una estabilidad y precisión muy altas.

Específicamente, el principio del reloj atómico de cesio es el siguiente:

1.     Se utiliza enfriamiento por láser para enfriar los átomos de cesio a una temperatura por debajo del cero absoluto con el fin de reducir el impacto del movimiento térmico de los átomos en la precisión.

2.     Se emplea un resonador óptico para generar una señal de microondas con una frecuencia específica, que coincide con la diferencia de energía (es decir, la estructura hiperfina) entre dos niveles de energía de los átomos de cesio.

3.     La señal de microondas con esta frecuencia se transmite luego a un resonador de microondas e interactúa con los espines electrónicos en los átomos de cesio, haciendo que los electrones en los átomos de cesio salten a un estado de mayor nivel de energía.

4.     Luego, ajustando gradualmente la frecuencia de la señal de microondas, se hace que los electrones en los átomos de cesio transiten continuamente entre el nivel de energía alto y el bajo hasta que se observe una tasa de absorción máxima.

5.     Esta tasa de absorción máxima corresponde a la frecuencia específica de la estructura hiperfina del átomo de cesio y puede utilizarse como un estándar de referencia de tiempo preciso.

6.     Finalmente, se utilizan sistemas electrónicos controlados por computadora para registrar los cambios en la estructura hiperfina del átomo de cesio con el fin de mantener la precisión y estabilidad del reloj.

Por lo tanto, el reloj atómico de cesio aprovecha las características de los átomos de cesio, utiliza la frecuencia de transición de los átomos de cesio como estándar de tiempo y puede proporcionar una referencia de tiempo de muy alta precisión.