Uma equipa de investigação do Instituto de Física Moderna da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) conseguiu detetar diretamente o árgon-42, um isótopo radioativo extremamente raro na atmosfera. A abundância isotópica do árgon-42 na atmosfera é da ordem de 10⁻²¹. Este resultado aumentou a sensibilidade de deteção em 4 a 5 ordens de grandeza, fornecendo um novo método para a medição de isótopos de abundância ultrabaixa. O estudo foi publicado a 14 de abril na revista Nature Physics.
O árgon-42 é produzido pela interação dos raios cósmicos com a atmosfera, com um período de semivida de 33 anos. Os seus produtos de decaimento podem afetar a precisão de deteção em experiências de matéria escura e decaimento beta duplo. Os métodos de medição tradicionais, como a contagem de decaimento em detetores de árgon líquido e a técnica de espectrometria de massa com acelerador, apresentam limitações, não conseguindo medir diretamente o árgon-42 de abundância extremamente baixa na atmosfera.
A equipa da USTC utilizou a técnica de análise de vestígios de átomos em armadilhas atómicas, conseguindo a deteção de átomos individuais de árgon-42. Esta técnica utiliza arrefecimento e aprisionamento de átomos alvo com laser ressonante, contando-os através de imagem de fluorescência, oferecendo alta seletividade e sensibilidade. O dispositivo de espectrometria de massa eletromagnética de alta corrente, desenvolvido pelo Instituto de Física Moderna, pré-enriqueceu o árgon-42, aumentando a sua abundância em mais de 700 vezes, melhorando a eficiência de deteção. Em 43 dias, a equipa observou 204 átomos de árgon-42 e mediu a sua abundância isotópica na atmosfera como (6,1 ± 0,5) × 10⁻²¹.
A técnica de análise de vestígios de átomos em armadilhas atómicas já foi aplicada em áreas como a datação de glaciares e a datação de águas subterrâneas. A tecnologia de separação eletromagnética de alta precisão do Instituto de Física Moderna tem potencial de aplicação em estudos de isótopos estáveis. Esta colaboração expandiu o alcance de deteção desta técnica, que no futuro poderá ser utilizada para medir mais isótopos extremamente raros, apoiando a investigação em física fundamental e ciências ambientais.
Os primeiros coautores do artigo são o Dr. Wan Zhaofeng e Liang Jiawei, da USTC, sendo o engenheiro Jia Zehua, do Instituto de Física Moderna, o terceiro autor. A investigação foi financiada pelos Projetos Especiais Nacionais de Ciência e Tecnologia e pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, entre outras instituições.