Китайские физики отчитались о значимом достижении в области прецизионного анализа изотопного состава: им впервые удалось произвести прямое детектирование и подсчет атомов аргона-42, который считается одним из наиболее редких изотопов в земной воздушной оболочке.
Ранее присутствие аргона-42 удавалось фиксировать исключительно опосредованно, через фоновые шумы в ходе экспериментов по обнаружению темной материи. Классические аналитические методики, включая ускорительную масс-спектрометрию, оказывались бессильны из-за критически низкого уровня сигнала, который полностью нивелировался помехами от изотопов-изобаров с близкими физико-химическими характеристиками.
Для преодоления этого барьера исследователи задействовали технологию ATTA (лазерно-оптическая ловушка атомов). Высокая селективность лазерного излучения позволила изолировать целевые атомы: попадая в лазерное поле, аргон-42 замедлялся и удерживался в специальной «ловушке» для последующей поштучной регистрации. В ходе 43-дневного цикла наблюдений системе удалось зафиксировать 204 атома, что стало статистически достаточным для определения объемной доли аргона-42 в атмосфере на уровне (6,1 ± 0,5) × 10⁻²¹.
Авторы работы поясняют, что изначальной целью модернизации метода ATTA было совершенствование анализа более доступного изотопа — аргона-39, который активно применяется в геохронологии для датирования ледниковых кернов и морских вод. Однако рост чувствительности установки позволил выйти на качественно новый уровень и детектировать предельно редкие изотопы.
Данное открытие имеет фундаментальное значение для экспериментов с жидкоаргоновыми детекторами темной материи: распад аргона-42 генерирует помехи, маскирующиеся под искомые события. Уточнение его концентрации позволит существенно повысить чистоту экспериментальных данных и отсеять ложные сигналы.
В перспективе научная группа намерена увеличить производительность системы захвата атомов, чтобы адаптировать этот метод для регулярного мониторинга других трудноуловимых изотопов.
Источник: iXBT
