Китайские исследователи сообщили о значимом научном прорыве в анализе сверхредких изотопов: им удалось впервые напрямую обнаружить и поштучно подсчитать атомы аргона-42 — одного из самых редких изотопов, присутствующих в атмосфере нашей планеты.
До настоящего времени этот изотоп оставался крайне трудноуловимым. Учёные фиксировали его присутствие лишь косвенно, наблюдая за фоновым излучением в ходе масштабных экспериментов по поиску тёмной материи. Применение традиционных методик, в частности ускорительной масс-спектрометрии, не приносило успеха: сигнал был настолько слабым, что буквально тонул в мощных помехах от других схожих по свойствам атомов.
Для преодоления этих ограничений команда применила усовершенствованный метод ATTA (Atom Trap Trace Analysis). Суть технологии заключается в использовании сверхточных лазеров, настроенных на резонансное взаимодействие только с целевым изотопом. При попадании в лазерное поле атомы аргона-42 замедляются и фиксируются в специальной оптической ловушке, где их можно подсчитать поштучно.
В ходе 43-дневного эксперимента системе удалось зафиксировать всего 204 атома аргона-42. Тем не менее, этого массива данных оказалось достаточно для определения его концентрации в атмосфере Земли: показатель составил (6,1 ± 0,5) × 10–21.
Примечательно, что изначально работа велась над повышением чувствительности ATTA для более распространённого изотопа аргона-39, который активно применяется в науке для датирования океанических вод и ледников. Однако в процессе настройки системы стало очевидно, что технология способна достичь предела чувствительности, необходимого для работы с гораздо более редкими объектами.
Практическая значимость открытия крайне высока для современной физики частиц. Детекторы тёмной материи, использующие в качестве рабочей среды жидкий аргон, сталкиваются с тем, что распад аргона-42 генерирует сигналы, практически идентичные искомым событиям. Повышение точности данных о содержании этого изотопа поможет учёным эффективнее отсеивать фоновые помехи.
В ближайших планах команды — дальнейшая оптимизация скорости захвата и считывания атомов, что позволит сделать метод ATTA стандартным инструментом для поиска других сверхредких изотопов в окружающей среде.
