原子泉（げんしいずみ、）とは、冷却原子を噴水あるいは泉のように打ち上げる技術のこと。
原子は、特定の周波数の電磁波（セシウムであれば、マイクロ波領域になる）と作用すると、違うエネルギー状態へ遷移する。この共鳴現象を利用した安定な周波数の発生により、正確な時を刻む装置が原子時計であるが、冷却された原子をマイクロ波と相互作用させる領域まで輸送するために、ムービング・モラセス(動的)などを用いて噴流を上方に打ち上げる方法が用いられることがある。このような手法を、原子泉方式、あるいは、セシウムを用いる場合（国際単位系の秒がセシウム133原子の基底状態の超微細構造間の遷移周波数を基準に定義されている）セシウム・ファウンテンと呼ぶ。原子泉方式のセシウム原子時計のことをセシウム原子泉時計またはセシウムファウンテンと呼ぶこともある。
動作原理 レーザー冷却した原子の集団を上向きに打ち上げ、重力によって落下させる。原子は上昇時と下降時に同じマイクロ波共振器を通過し、時間を隔てて2回、マイクロ波と相互作用する。このラムゼー共鳴を利用し、最終的に各エネルギー状態にある原子の割合を検出して、マイクロ波の周波数を原子の共鳴に合わせる。熱い原子ビームを使う方式に比べて2回の相互作用の間隔を長くでき、狭い共鳴線幅が得られる。
周波数標準への利用 原子泉時計は、他の時計の周波数を校正する標準としても使われる。連続運転する時計とは別に、原子泉を定期的に運転して、セシウムビーム時計や水素メーザーなどの周波数を評価する運用が行われている。
日本では産業技術総合研究所が2003年に、国内初の原子泉型一次周波数標準器「JF-1」を開発したと発表した。レーザー冷却によって原子の運動速度を下げ、観測時間を延ばすとともに、原子の運動に伴う周波数のずれを小さくしている。
脚注
参考文献
関連項目 原子時計 ラムゼー共鳴 レーザー冷却
外部リンク
「2000万年に1秒と狂わない高精度原子時計を開発」（産総研2003年6月9日公開記事）。 「非常に安定した手のひらサイズの小型原子時計を開発」（産総研2020年3月11日公開記事）。