Исследовательская группа, объединившая усилия Института современной физики Академии наук Китая и Университета науки и технологий Китая, успешно осуществила прямое обнаружение крайне редкого радиоактивного изотопа аргона-42 в атмосфере. Содержание изотопа аргон-42 в атмосфере составляет порядка 10⁻²¹. Данное достижение повысило чувствительность обнаружения на 4–5 порядков, предоставив новый метод для измерения сверхнизкого содержания изотопов. Соответствующее исследование было опубликовано 14 апреля в журнале *Nature-Physics*.
Аргон-42 образуется в результате взаимодействия космических лучей с атмосферой, его период полураспада составляет 33 года. Продукты его распада могут влиять на точность экспериментов по поиску тёмной материи и двойному бета-распаду. Традиционные методы измерения, такие как подсчёт распадов в жидком аргоновом детекторе и ускорительная масс-спектрометрия, имеют ограничения и не позволяют напрямую измерять крайне низкое содержание аргона-42 в атмосфере.
Команда из Университета науки и технологий Китая применила технологию атомно-ловушечного анализа следовых количеств, достигнув обнаружения отдельных атомов аргона-42. Эта технология использует резонансное лазерное охлаждение и захват целевых атомов с последующим подсчётом по флуоресцентным изображениям, обеспечивая высокую селективность и чувствительность. Разработанная Институтом современной физики установка для электромагнитной масс-спектрометрии с сильным током предварительно обогащала аргон-42, повышая его содержание более чем в 700 раз, что увеличило эффективность обнаружения. В течение 43 дней группа наблюдала 204 атома аргона-42 и измерила содержание изотопа аргон-42 в атмосфере, составившее (6,1 ± 0,5) × 10⁻²¹.
Технология атомно-ловушечного анализа следовых количеств уже применяется в таких областях, как датирование ледников и трассирование возраста подземных вод. Высокоточная электромагнитная сепарационная технология Института современной физики имеет потенциал для применения в исследованиях стабильных изотопов. Данное сотрудничество расширило диапазон обнаружения этой технологии, и в будущем она может быть использована для измерения большего количества сверхредких изотопов, поддерживая фундаментальные физические исследования и исследования в области наук об окружающей среде.
Первыми соавторами статьи стали доктор Вань Чжаофэн и Лян Цзявэй из Университета науки и технологий Китая, а третьим автором — инженер Цзя Цзэхуа из Института современной физики. Исследование получило финансирование от Национального проекта по важным научно-техническим направлениям, Национального фонда естественных наук Китая и других организаций.