L'uso di una transizione all'interno di un nucleo atomico potrebbe essere utilizzato per sviluppare un orologio nucleare . Questo sarebbe molto stabile e poco suscettibile ai disturbi esterni. Diversi gruppi di ricerca stanno lavorando su orologi nucleari basati su nuclei ionici di torio 229 ( 229 Th 3+ ).
La prima proposta è stata lanciata nel 2003 dai fisici di PTB , in Germania.
Le transizioni nucleari comportano frequenze più elevate rispetto alle transizioni elettroniche , che vengono utilizzate negli orologi atomici . Un orologio nucleare potrebbe avere una stabilità di 10-19 ; inoltre, essendo coinvolti i neutroni e non gli elettroni , potrebbe essere meno influenzato da fattori ambientali (come i campi magnetici ed elettrici ) rispetto a un orologio atomico.
Diversi team stanno cercando di determinare l'esatta frequenza delle emissioni laser necessarie per eccitare i 229 nuclei di torio .
Tuttavia, potrebbero esistere altri metodi per migliorare la precisione: nel 2018, JILA (en) ha costruito orologi che manipolano atomi con laser che superano la precisione dei migliori orologi al cesio : una precisione di 2,5 × 10 −19 s s −1 è stata raggiunta da un orologio che utilizza un reticolo tridimensionale di atomi di stronzio .