Katori a introduit en 2001, et utilisé en 2003, l'horloge à réseau optique (« optical lattice clock »), une horloge atomique basée sur une transition optique d'un atome neutre et utilisant de nombreux atomes identiques piégés dans un réseau optique pour augmenter la précision[3]. Elle a depuis été reprise et développée par plusieurs groupes et a atteint en 2018 une précision de plus de 18 décimales, correspondant à une erreur de moins d'une seconde en 30 milliards d'années[4]. Katori travaille à l'amélioration de la précision à 19 décimales (précision relative ). Comme application, il a démontré leur utilisation en géodésie relativiste : via la dilatation du temps relativiste générale, les horloges atomiques ont permis de mesurer des différences d'altitude de 1 cm sur de grandes distances.
Le groupe de Katori a aussi effectué une mesure du décalage vers le rouge gravitationnel avec deux horloges transportables à réseau optique au strontium sur presque toute la hauteur du Tokyo Skytree, établissant ainsi un nouveau record pour le meilleur test de relativité générale au sol[5],[6].
Ichiro Ushijima, Masao Takamoto, Manoj Das et Takuya Ohkubo, « Cryogenic optical lattice clocks », Nature Photonics, Springer Science and Business Media LLC, vol. 9, no 3, , p. 185–189 (ISSN1749-4885, DOI10.1038/nphoton.2015.5, Bibcode2015NaPho...9..185U)
Atsushi Yamaguchi, Miho Fujieda, Motohiro Kumagai et Hidekazu Hachisu, « Direct Comparison of Distant Optical Lattice Clocks at the Uncertainty », Applied Physics Express, IOP Publishing, vol. 4, no 8, , p. 082203 (ISSN1882-0778, DOI10.1143/apex.4.082203, arXiv1108.2774, S2CID118692461)
Masao Takamoto, Feng-Lei Hong, Ryoichi Higashi et Yasuhisa Fujii, « Improved Frequency Measurement of a One-Dimensional Optical Lattice Clock with a Spin-Polarized Fermionic87Sr Isotope », Journal of the Physical Society of Japan, Japan Society of Applied Physics, vol. 75, no 10, , p. 104302 (ISSN0031-9015, DOI10.1143/jpsj.75.104302, Bibcode2006JPSJ...75j4302T, arXivphysics/0608212, S2CID17685448)
Hidetoshi Katori, Tetsuya Ido et Makoto Kuwata-Gonokami, « Optimal Design of Dipole Potentials for Efficient Loading of Sr Atoms », Journal of the Physical Society of Japan, Physical Society of Japan, vol. 68, no 8, , p. 2479–2482 (ISSN0031-9015, DOI10.1143/jpsj.68.2479, Bibcode1999JPSJ...68.2479K)
Hidetoshi Katori, Tetsuya Ido, Yoshitomo Isoya et Kuwata-Gonokami, « Magneto-Optical Trapping and Cooling of Strontium Atoms down to the Photon Recoil Temperature », Physical Review Letters, American Physical Society (APS), vol. 82, no 6, , p. 1116–1119 (ISSN0031-9007, DOI10.1103/physrevlett.82.1116, Bibcode1999PhRvL..82.1116K)
↑(en) Hidetoshi Katori, Masao Takamoto, V. G. Pal’chikov et V. D. Ovsiannikov, « Ultrastable Optical Clock with Neutral Atoms in an Engineered Light Shift Trap », Physical Review Letters, vol. 91, no 17, , p. 173005 (DOI10.1103/PhysRevLett.91.173005, arXivphysics/0309043)
↑« Optical lattice clock shatters precision record », Physics World, (lire en ligne). Une précision de 2,5·10−19 est démontrée par le groupe de Jun Ye.
↑Christine Middleton, « Transportable atomic clocks achieve laboratory precision », Physics Today, vol. 73, no 6, , p. 20–21 (DOI10.1063/PT.3.4496)