Les horloges atomiques classiques reposent sur la spectroscopie — le comptage des oscillations des électrons. Les horloges nucléaires au thorium-229, elles, s'adressent au noyau lui-même. Son état excité vit 641 secondes : pour la physique nucléaire, c'est un pendule dans un sirop épais, où une seule oscillation dure une éternité, mais avec une stabilité irréprochable.
En plaçant ces noyaux dans un cristal, les physiciens se heurtent à un problème : les défauts du réseau agissent comme un sol inégal qui perturbe le rythme de chaque pendule à sa manière. Le défi est d'aplanir ce sol. Alors, l'horloge gagnera en précision : une erreur d'une seconde sur toute la durée de vie de l'Univers. Elle pourra détecter la différence d'écoulement du temps entre deux étages et mettre à l'épreuve le modèle standard de la physique.
Le thorium-229 est le seul noyau dont la transition peut être déclenchée par un laser ultraviolet ordinaire, et non par un dangereux rayonnement gamma. Cela rend les expériences possibles sur une paillasse et sans danger.