Una esfera en la balanza: cómo se capturó la desintegración de un solo átomo exprés
Una diminuta esfera de vidrio flota en un haz láser, como una mota de polvo en la luz del sol. Dentro de ella hay plomo radiactivo que, de vez en cuando, se desintegra. Cada desintegración expulsa partículas cargadas, y la esfera pierde o gana una carga eléctrica minúscula.
Los científicos hicieron oscilar la esfera en un campo eléctrico alterno y, a partir de esas oscilaciones, calculaban su carga mil veces por segundo. Junto a ella había un detector que capturaba las partículas que salían. Cuando el detector se activaba, la carga de la esfera cambiaba de un salto: menos que la carga de un solo electrón. Así se logró vincular cada desintegración con un cambio en la carga.
Resultó que las desintegraciones alfa y beta expulsan de la esfera distintos conjuntos de cargas. Las partículas alfa, pesadas y rápidas, se llevan más carga; las beta, menos. Además, la desintegración alfa del radón, que nace del plomo, provoca una lluvia entera de electrones lentos desde la superficie de la esfera.
Este método abre el camino para estudiar las emisiones radiactivas más débiles, una desintegración a la vez. Es como si hubiéramos aprendido a escuchar cada gota de lluvia al golpear el cristal, y no solo el ruido general del aguacero.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés 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.
La esfera es tan sensible a la carga que nota la pérdida incluso de una fracción de la carga de un electrón: menos que la carga de cualquier objeto libre conocido.