تعاون فريق بحثي من معهد الفيزياء الحديثة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم مع جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية، ونجح في الكشف المباشر عن النظير المشع النادر للغاية "الأرجون-42" في الغلاف الجوي. تبلغ وفرة نظير الأرجون-42 في الغلاف الجوي حوالي 10⁻²¹. رفع هذا الإنجاز حساسية الكشف بمقدار 4-5 مرات من حيث الحجم، مما يوفر طريقة جديدة لقياس النظائر ذات الوفرة المنخفضة للغاية. نُشرت الدراسة ذات الصلة في 14 أبريل في مجلة "Nature-Physics".

ينتج الأرجون-42 عن تفاعل الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي، ويبلغ عمر النصف له 33 عامًا. قد تؤثر نواتج اضمحلاله على دقة كشف تجارب المادة المظلمة واضمحلال بيتا المزدوج. تواجه طرق القياس التقليدية مثل قياس عدد اضمحلالات كاشفات الأرجون السائل وتقنية مطيافية الكتلة بالمسرع قيودًا، ولا يمكنها قياس الأرجون-42 ذي الوفرة المنخفضة للغاية في الغلاف الجوي بشكل مباشر.

استخدم فريق جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية تقنية تحليل أثر المصيدة الذرية لتحقيق الكشف عن ذرة واحدة من الأرجون-42. تستخدم هذه التقنية التبريد بالليزر الرنيني واحتجاز الذرات المستهدفة، وتقوم بالعد من خلال التصوير الفلوري، وتتميز بانتقائية وحساسية عاليتين. قام معهد الفيزياء الحديثة بتطوير جهاز مطيافية كتلة كهرومغناطيسي عالي التيار لتركيز الأرجون-42 مسبقًا، مما رفع وفرة النظير بأكثر من 700 مرة، مما زاد من كفاءة الكشف. في غضون 43 يومًا، رصد الفريق 204 ذرات من الأرجون-42، وقاس وفرة نظير الأرجون-42 في الغلاف الجوي لتكون (6.1 ± 0.5) × 10⁻²¹.

تم تطبيق تقنية تحليل أثر المصيدة الذرية في مجالات مثل تأريخ الأنهار الجليدية وتعقب عمر المياه الجوفية. تتمتع تقنية الفصل الكهرومغناطيسي عالية الدقة من معهد الفيزياء الحديثة بإمكانيات تطبيقية في دراسات النظائر المستقرة. وسع هذا التعاون نطاق كشف هذه التقنية، ويمكن استخدامها في المستقبل لقياس المزيد من النظائر فائقة الندرة، مما يدعم أبحاث الفيزياء الأساسية وعلوم البيئة.

المؤلفان الأولان المشاركان في الورقة هما الدكتور وان زاوفنغ وليانغ جياوي من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية، والمهندس جيا زهوا من معهد الفيزياء الحديثة هو المؤلف الثالث. حصل البحث على تمويل من المشروع الوطني الرئيسي للعلوم والتكنولوجيا، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، وغيرها من المؤسسات.