Une horloge atomique, c'est un pendule qui tique à la fréquence de la lumière. Dans un piège, un ion d'aluminium est suspendu, et un laser le sonde comme un diapason. Si la fréquence du laser coïncide avec la fréquence propre de l'atome, celui-ci répond. C'est sur cette réponse que l'on règle la marche de l'horloge.
Pendant longtemps, les calculs de précision ont été menés comme si l'atome n'avait que deux états : l'état fondamental et l'état excité. En réalité, il y a plus de niveaux, et un atome excité peut se désintégrer non pas vers un seul, mais vers plusieurs états différents. Les auteurs de l'étude ont pris en compte cette ramification. Il s'avère que si l'on surveille précisément où l'atome est retombé après la désintégration et que l'on écarte les mesures ratées, l'horloge devient nettement plus précise — un gain allant jusqu'à 4,5 décibels. C'est comme si un tireur ne comptait pas les tirs quand sa main a tremblé.
Cette approche est particulièrement utile pour les horloges à ions, qui butent déjà sur la limite imposée par la durée de vie de l'état excité. Les scientifiques ont proposé un protocole de mesure concret pour une horloge à ion d'aluminium-27 et ont calculé de nouvelles limites de stabilité. Désormais, la précision n'est plus limitée par notre aveuglement face aux désintégrations, mais par la nature même de l'atome.
Une horloge à un seul ion d'aluminium-27 ne dériverait que d'une seconde en 33 milliards d'années — soit deux fois l'âge de l'Univers.