يمر شعاع ليزر عبر كوفيت زجاجي يحتوي على بخار السيزيوم. تتحرك الذرات في البخار بشكل عشوائي، مثل حشد في محطة قطار: كل ذرة تدخل الشعاع، وتمكث فيه لحظة، ثم تخرج منه. حالتها الداخلية — اتجاه العزم المغناطيسي، الذي يشبه مغناطيسًا صغيرًا — تتغير تحت تأثير الضوء. لو كانت جميع الذرات متطابقة وساكنة، لكانت الإشارة ثابتة. لكن حركتها الحرارية تفسد الصورة، مولدةً تذبذبات.
عندما تدخل الذرة الشعاع، يمكن أن يكون عزمها المغناطيسي موجهًا في أي اتجاه. هذا يشبه أن يختار كل مارٍّ جديد عند المدخل عشوائيًا بأي يد يحمل حقيبته. هذا العشوائية تولد ضجيجًا في الإشارة. قاس العلماء هذا الضجيج على جهاز حقيقي وقارنوه بالحسابات. اتضح أنه عند ترددات أقل من 100 كيلوهرتز، المصدر الرئيسي للضجيج هو مرور الذرات عبر الشعاع نفسه، وليس التحولات الداخلية.
فهم هذا الضجيج ضروري لصنع مستشعرات أكثر حساسية. يمكن لهذه المستشعرات المعتمدة على بخار الذرات قياس المجالات المغناطيسية بدقة تصل إلى أجزاء صغيرة جدًا، وكذلك كشف المجالات الكهربائية الضعيفة. نظريتنا تساعد في فصل الإشارة المفيدة عن الضجيج الناتج عن الذرات نفسها.
يُستخدم السيزيوم في أدق الساعات في العالم. ذرة السيزيوم تهتز 9 192 631 770 مرة في الثانية — وهذا هو تعريف الثانية.