El equipo de investigación del Instituto de Física Moderna de la Academia China de Ciencias, en cooperación con la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha logrado detectar directamente el argón-42, un isótopo radiactivo extremadamente raro en la atmósfera. La abundancia isotópica del argón-42 en la atmósfera es del orden de 10⁻²¹. Este avance ha mejorado la sensibilidad de detección en 4-5 órdenes de magnitud, proporcionando un nuevo método para la medición de isótopos de abundancia ultrabaja. La investigación relacionada fue publicada en la revista Nature Physics el 14 de abril.
El argón-42 es producido por la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera y tiene un período de semidesintegración de 33 años. Sus productos de descomposición podrían afectar la precisión de los experimentos de detección de materia oscura y desintegración beta doble. Los métodos de medición tradicionales, como el conteo de desintegración con detectores de argón líquido y la técnica de espectrometría de masas con aceleradores, presentan limitaciones y no pueden medir directamente la abundancia extremadamente baja de argón-42 en la atmósfera.
El equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China utilizó la técnica de análisis de trazas con trampas de átomos, logrando la detección de átomos individuales de argón-42. Esta técnica emplea enfriamiento y atrapamiento por láser resonante para capturar los átomos objetivo, contándolos mediante imágenes de fluorescencia, lo que proporciona alta selectividad y sensibilidad. El dispositivo de espectrometría de masas electromagnética de alta intensidad desarrollado por el Instituto de Física Moderna preenriquece el argón-42, aumentando su abundancia en más de 700 veces y mejorando la eficiencia de detección. En 43 días, el equipo observó 204 átomos de argón-42, determinando que su abundancia isotópica en la atmósfera es de (6,1 ± 0,5) × 10⁻²¹.
La técnica de análisis de trazas con trampas de átomos ya se ha aplicado en áreas como la datación de glaciares y el trazado de la edad de aguas subterráneas. La tecnología de separación electromagnética de alta precisión del Instituto de Física Moderna tiene potencial de aplicación en el estudio de isótopos estables. Esta colaboración ha ampliado el rango de detección de esta técnica, y en el futuro podría utilizarse para medir más isótopos extremadamente raros, apoyando investigaciones en física fundamental y ciencias ambientales.
El primer coautor del artículo es el Dr. Wan Zhaofeng y Liang Jiawei de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, mientras que el ingeniero Jia Zehua del Instituto de Física Moderna es el tercer autor. La investigación recibió financiamiento de los Proyectos Nacionales Clave de Ciencia y Tecnología, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y otras instituciones.