Nova abordagem para detectar isótopos ultrarraros em proporções de uma parte por sextilhão pode aprimorar pesquisas sobre matéria escura

Cientistas envolvidos na busca por matéria escura já haviam observado a assinatura de decaimento de isótopos em grandes detectores de argônio líquido. No entanto, a abundância isotópica de 10⁻²¹ sempre pareceu inatingível pelos métodos convencionais de contagem de átomos. A equipe de pesquisa, por sua vez, estava desenvolvendo o método ATTA com o objetivo inicial de analisar o ³⁹Ar, cuja abundância ambiental é de um nível mais acessível, cerca de 10⁻¹⁶. Essa abordagem permitiu que eles avançassem na detecção de isótopos ainda mais raros.

A etapa inicial do processo ATTA envolveu a remoção do isótopo abundante ⁴⁰Ar da amostra de gás. Essa ação resultou em um aumento significativo da taxa de contagem do raro isótopo ⁴²Ar, elevando-a em aproximadamente 450 vezes. Uma característica distintiva do método ATTA é que seu limite de detecção é determinado exclusivamente pela taxa de contagem e pela duração da medição, o que o torna singular entre os métodos de análise de traços. Essa particularidade confere à técnica uma flexibilidade e precisão notáveis para a identificação de elementos em concentrações extremamente baixas.

Durante um período de 43 dias de medição contínua, os pesquisadores conseguiram contar 204 átomos individuais de ⁴²Ar em sua amostra. Com base nesses dados, seus cálculos indicaram que o isótopo raro possuía uma abundância atmosférica de (6, 1 ± 0, 5) × 10⁻²¹. Esse resultado não apenas valida a eficácia da técnica ATTA, mas também abre novas perspectivas para a detecção de isótopos em concentrações que antes eram consideradas impossíveis de serem medidas com precisão.

O sucesso na detecção do ⁴²Ar em uma proporção tão ínfima demonstra o potencial revolucionário da Atom Trap Trace Analysis. Conforme afirmou o pesquisador Lu, "Demonstramos que isótopos tão raros como 10⁻²¹ podem agora ser analisados por contagem de átomos, empurrando o limite de detecção de quatro a cinco ordens de magnitude além do que era anteriormente possível". Essa conquista representa um avanço substancial na capacidade de análise de traços, com implicações significativas para diversas áreas da física, incluindo a pesquisa de matéria escura e o estudo de processos nucleares e astrofísicos.