Nós lidamos com o tempo todos os dias. Na vida quotidiana, é suficiente medir o tempo com precisão aos minutos. Em competições desportivas, como as corridas de velocidade, é frequentemente necessário medir com precisão de 0,01 segundos, e em desportos de alta velocidade, como a Fórmula 1, é necessário medir com precisão de 0,001 segundos (1 milissegundo). No entanto, em algumas áreas de investigação científica, a exigência de precisão do tempo é muito maior, sendo frequentemente necessária uma precisão de um milésimo de segundo ou até um milionésimo de segundo. Que instrumentos de cronometragem podem satisfazer estes requisitos?
Atualmente, o instrumento de cronometragem com a maior precisão é o relógio atómico de césio. Os cientistas já desenvolveram relógios atómicos de césio que podem funcionar continuamente durante 6 milhões de anos, com uma precisão de erro inferior a 1 segundo. Por que razão o césio pode ser utilizado para fabricar instrumentos de cronometragem tão precisos? Sabemos que a Terra dá uma volta completa em 24 horas, dividindo cada hora em 3600 partes, o que equivale a 1 segundo. Assim, o tempo necessário para que a Terra dê uma volta completa é de 1/86400 segundos. No entanto, a velocidade de rotação da Terra não é estável, sendo por vezes mais rápida e por vezes mais lenta. Este segundo definido não satisfaz os requisitos de alta precisão de algumas experiências científicas. O césio foi selecionado para fabricar relógios atómicos porque é o membro mais ativo da família dos metais, o que significa que a energia de transição dos eletrões no seu exterior é baixa. Os sinais de ondas eletromagnéticas que emite estão no espectro de micro-ondas do rádio e coincidem com a frequência de transmissão dos satélites de radiodifusão, cuja tecnologia de fabrico é muito sofisticada atualmente. Por conseguinte, os cientistas utilizam as ondas eletromagnéticas emitidas pelos eletrões no interior dos átomos de césio quando saltam entre dois níveis de energia como padrão para controlar e calibrar os osciladores eletrónicos e, por sua vez, controlar o funcionamento do relógio. Assim, as pessoas utilizaram as características dos átomos de césio para fabricar um novo tipo de relógio - o relógio atómico de césio - e definiram 1 segundo como o tempo necessário para que os átomos de césio saltem de um nível de energia para outro 919 263 917 vezes. Esta é, até agora, a definição mais precisa de um segundo.
Além do relógio atómico de césio, foram inventados também relógios atómicos de hidrogénio e de rubídio. Graças aos relógios atómicos, é possível realizar investigações científicas mais precisas sobre explosões de bombas atómicas e de hidrogénio, lançamento de foguetes e mísseis, navegação espacial e satélites artificiais da Terra, entre outras, e alcançar um controlo e funcionamento de alta precisão.