中国科学院近代物理研究所与中国科学技术大学的研究团队合作，成功对大气中的极稀有放射性同位素氩-42进行了直接探测。氩-42在大气中的同位素丰度约为10⁻²¹量级。这一成果将探测灵敏度提高了4-5个数量级，为超低丰度同位素测量提供了新方法，相关研究于4月14日发表在《自然-物理》期刊上。
氩-42由宇宙射线与大气作用产生，半衰期33年。其衰变产物可能影响暗物质和双β衰变实验的探测精度。传统测量方法如液氩探测器衰变计数和加速器质谱技术存在局限，无法直接测量大气中极低丰度的氩-42。
中科大团队采用原子阱痕量分析技术，实现了对氩-42的单原子探测。该技术利用共振激光冷却和俘获目标原子，通过荧光成像计数，具有高选择性和灵敏度。近代物理所研制的强流电磁质谱装置对氩-42进行预富集，使其丰度提升700倍以上，提高了探测效率。在43天内，团队观测到204个氩-42原子，测得大气中氩-42的同位素丰度为(6.1 ± 0.5)× 10⁻²¹。
原子阱痕量分析技术已应用于冰川定年和地下水年龄示踪等领域。近代物理所的高精度电磁分离技术在稳定同位素研究中具有应用潜力。此次合作拓展了该技术的探测范围，未来可用于更多极稀有同位素测量，支持基础物理和环境科学研究。
论文共同第一作者为中科大万兆丰博士和梁佳炜，近代物理所贾泽华工程师为第三作者。研究得到国家科技重大专项、国家自然科学基金委等机构的资助。
