원자를 기준으로 삼는 이유
진자나 수정의 진동은 시계를 만들 수 있는 반복 운동이다. 원자시계는 제작한 부품의 모양만으로 기준을 정하는 대신 원자가 전자기파에 반응하는 주파수를 활용한다. 같은 종류의 원자가 갖는 재현 가능한 성질을 이용한다는 점이 핵심이다.
주파수를 맞추는 과정
원자에 전자기파를 가하면 특정 주파수 부근에서 에너지 상태가 바뀌는 반응이 나타난다. 장치는 이 반응을 측정하여 주파수가 기준에서 얼마나 벗어났는지 판단하고 신호를 조정한다. 원자가 기계식 진자처럼 눈에 보이게 왕복하는 횟수를 직접 세는 구조는 아니다.
초로 환산하기
세슘을 이용하는 기준에서는 특정 전이에 대응하는 9192631770번의 주기가 1초에 대응한다. 여기서 세는 것은 해당 전자기파의 주기다. 원자 하나가 같은 시간 동안 그 횟수만큼 붕괴하거나 핵분열한다는 뜻은 아니다.
정확도와 장치의 조건
원자의 성질을 이용하더라도 실제 측정에는 전자장치와 신호 제어, 주변 환경의 영향이 남는다. 원자시계라는 이름만으로 모든 장치의 정확도가 같아지는 것은 아니다. 국제 기준 시각은 여러 기관의 시계 자료를 비교하는 과정과 연결되어 운용된다.