در کنار صخره‌های دامنه‌ی کوهی در کلرادو، آزمایشگاه‌های موسسه ملی علوم و فناوری ایالات متحده (NIST) برپا شده که دقیق‌ترین وسایل اندازه گیری و پیچیده‌ترین ابزارآلات مهندسی را در خود جای داده است. از میان همه‌ی عجایبی که می‌توان در آنجا یافت یا طبیعت زیبایی که در اطراف پراکنده شده است، تصمیم داریم به دقیق‌ترین ساعت روی زمین نگاهی بی‌اندازیم. پس با ما همراه باشید.
این ساعت آن‌قدر دقیق است که سازندگانش حتی قادر به اندازه‌گیری دقتش نبودند، تا آن‌که نسخه‌ی دوم آن را ساختند. حالا دو نمونه موجود است که می‌توان با یکدیگر مقایسه‌شان کرد.
در علم فیزیک، دقت یک ساعت با مفهومی به نام پایداری (STABILITY) سنجیده می‌شود. در حقیقت، تغییر ضرب آهنگ (تیک تاک) عقربه‌های ساعت در طول زمان، منجر به تغییر فاصله‌ی زمانی میان هر ثانیه، دقیقه و ساعت و در نتیجه کاهش دقت و صحت زمان به نمایش در آمده توسط یک نمونه عقربه‌ای یا دیجیتالی می‌شود. ساعتی را می‌توان دقیق‌ترین دانست که تیک تاک عقربه‌ی ثانیه شمار آن تا بیشترین مدت ممکن بدون تغییر باقی بماند یا به عبارتی پایداری بیشتری داشته باشد.
نمونه ساخته شده در NIST پایداری در حد 10 به توان -18 دارد. یعنی تا صد برابر از بهترین ساعت‌های اتمی سزیمی که توسط ماهواره‌های GPS، ایستگاه‌های زمانی منطقه‌ای و حتی دولت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد دقیق‌تر است. همچنین صحت زمان که این ساعت به نمایش در می‌آورد تا 10 میلیارد بار از ساعت‌های مچی رایج دقیق‌تر است.
فناوری طراحی و ساخت ساعت‌های NIST از دیگر ساعت‌های اتمی یک نسل جلوتر است و از اتم‌های Yb (ایتربیم، یک عنصر بسیار کمیاب در کره‌ی زمین با عدد اتمی 70 و عدد جرمی 173 که در دسته‌ی لانتنیدها قرار دارد) استفاده می‌کند. دیگر عنصرهای مورد استفاده در ساعت‌های اتمی سراسر جهان، استرانسیم و جیوه (مرکوری) هستند که هیچگاه به چنین دقتی نمی‌رسند.
باید بدانید که بسیاری از قوانین بنیادی فیزیک مانند فرضیه‌ی نسبیت اینشتین بدون کمک ساعت‌های اتمی قابل اثبات نبودند. فناوری موقعیت یابی جغرافیایی (GPS) نیز بدون وجود ساعت‌های اتمی عملا بدون استفاده است.
بنابر رابطه‌ی نسبیت انیشنین که دو مفهوم فضا-زمان را به موازات یکدیگر مورد بررسی و مشاهده قرار می‌دهد، در مجاورت یک میدان گرانشی قدرتمند، زمان آهسته‌تر حرکت می‌کند. اندازه‌گیری زمان در چنین موقعیتی و با دقتی که مورد انتظار دانشمندان بود، تنها توسط یک ساعت اتمی محقق می‌شد.
ساعت مورد استفاده در آن زمان بسیار پیچیده و سنگین بود و به هیچ وجه قابل حمل نبود و حجم بسیار زیادی اشغال می‌کرد. دولت ایالات متحده بودجه‌ی قابل ملاحظه‌ای را برای NIST در نظر گرفته تا ساعت‌های اتمی را تا حد ممکن قابل حمل، کوچک و دقیق‌تر طراحی کند.
ساعت‌های جدید NIST با شبکه‌های نوری تور مانند کار می‌کنند و اصطلاحا (OPTICAL LATTICE) نامیده می‌شوند. این گونه ساعت‌ها ابتدا یک میدان لیزری ثابت ایجاد کرده، سپس توسط یک لیزر دیگر 10,000 اتم Yb را تحریک می‌کنند. در نتیجه این تحریک اتم‌ها با فرکانسی بالاتر از اتم‌های سزیم شروع به حرکت می‌کنند. با اندازه‌گیری سرعت حرکت اتم‌ها و یک سری محاسبات نسبتا پیچیده، تعیین زمان با دقتی بالا ممکن می‌شود.
