كرة زجاجية صغيرة تطفو في شعاع ليزر، مثل ذرة غبار في ضوء الشمس. بداخلها رصاص مشع يضمحل من وقت لآخر. كل اضمحلال يطرد جسيمات مشحونة، فتفقد الكرة أو تكتسب شحنة كهربائية ضئيلة.
أجبر العلماء الكرة على الاهتزاز في مجال كهربائي متناوب، ومن هذه الاهتزازات حسبوا شحنتها ألف مرة في الثانية. وبجانبها كاشف يلتقط الجسيمات المنطلقة. عندما كان الكاشف يسجّل حدثًا، كانت شحنة الكرة تتغير قفزةً واحدة — أقل من شحنة إلكترون واحد. هكذا تمكنوا من ربط كل اضمحلال بتغير في الشحنة.
اتضح أن اضمحلالات ألفا وبيتا تطرد من الكرة مجموعات مختلفة من الشحنات. جسيمات ألفا، الثقيلة والسريعة، تحمل شحنة أكبر، بينما جسيمات بيتا تحمل شحنة أقل. علاوة على ذلك، اضمحلال ألفا للرادون، الذي يتولد من الرصاص، يطرد وابلًا كاملًا من الإلكترونات البطيئة من سطح الكرة.
تفتح هذه الطريقة طريقًا لدراسة أضعف الانبعاثات الإشعاعية — اضمحلالًا واحدًا في كل مرة. كما لو أننا تعلمنا سماع كل قطرة مطر تسقط على الزجاج، بدلًا من ضجيج المطر كله.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.14979
We measure event-by-event discrete changes in the net electric charge of an optically levitated silica microsphere arising from individual radioactive decays within the sphere, in coincidence with energy depositions in a nearby scintillation detector. The net charge of the levitated sphere is continuously monitored by measuring its driven response to an oscillating electric field, allowing individual charge-change events to be resolved on millisecond timescales with precision below an elementary charge. Simultaneously, $$\alpha$$ and $$\beta$$ particles emitted during decays of implanted $$^{212}$$Pb and its daughters are detected using a scintillator read out with an array of silicon photomultipliers. By correlating reconstructed charge-change times with the scintillator response, we can directly attribute abrupt changes in the sphere's net charge to individual nuclear decays, and identify differences in the distribution of charges ejected for $$\alpha$$ and $$\beta$$ decays. These results establish a new approach for studying low energy charged particles emitted by radioactive decays at the single-decay level, and identify showers of radiogenically produced low-energy electrons emitted by $$\alpha$$-decaying radon daughters implanted near solid surfaces.
الكرة حساسة جدًا للشحنة لدرجة أنها تلاحظ فقدان جزء من شحنة إلكترون واحد — أقل من شحنة أي جسم حر معروف.