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Die Sekunde
Die Sekunde (s) ist das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids Cäsium 133 entsprechenden Strahlung.
Die Zeiteinteilung im menschlichen Leben basiert auf der Rotation der Erde um die eigene Achse (Tag) und dem Umlauf der Erde um die Sonne (Jahr). Immer genauere Zeitmessungen ergaben aber, dass diese Gestirnsbewegungen für hohe Genauigkeitsansprüche nicht konstant genug sind, weshalb die Zeiteinheit heute mit einem atomaren Vorgang festgelegt wird.
Ausgangspunkt dazu ist das plancksche Gesetz E = h·n, wonach der Differenz E zweier Energieniveaus ausgesuchter Atomelektronen eine elektromagnetische Strahlung der Frequenz n entspricht. Als besonders geeignet haben sich zwei Niveaus im Cäsiumnuklid der Massenzahl 133 erwiesen, deren Energiedifferenz einer Frequenz im Mikrowellenbereich entspricht. Nach Vergleich der früher gültigen, astronomisch definierten Sekunde mit einer Cäsium-Atomuhr wurde die Dauer der Sekunde 1967 neu auf 9 192 631 770 Perioden des Cs-Strahlungsüberganges festgelegt. Mit einer nach diesem Prinzip gebauten Cäsiumuhr lässt sich heute eine Genauigkeit von besser als 0.1 ns pro Tag erreichen, wogegen die Erdrotation einige ms pro Tag unsicher ist.
Zusammen mit 50 weiteren Zeitinstituten auf der ganzen Welt trägt METAS mit kommerziellen Atomuhren zur koordinierten Weltzeit (UTC) bei. Diese wird im Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Sèvres bei Paris ermittelt. Die daraus resultierende offizielle Schweizer Zeit wird über den Langwellensender HBG in Prangins (VD) verbreitet.
In einem von Umwelteinflüssen abgeschirmten Laboratorium betreibt METAS zudem ein Primärfrequenznormal: Mit einem kontinuierlichen Strahl von Cäsiumatomen, die mit Hilfe von Laserstrahlung auf -273 °C abgekühlt werden, wird die Zeiteinheit Sekunde gemäss ihrer Definition äusserst genau bestimmt.