Шарик на весах: как поймали распад одного атома экспресс
Крошечная стеклянная сфера парит в луче лазера, как пылинка в солнечном свете. Внутри неё — радиоактивный свинец, который время от времени распадается. Каждый распад выбрасывает заряженные частицы, и сфера теряет или приобретает крошечный электрический заряд.
Учёные заставили сферу колебаться в переменном электрическом поле и по этим колебаниям вычисляли её заряд тысячу раз в секунду. Рядом стоял детектор, который ловил вылетающие частицы. Когда детектор срабатывал, заряд сферы менялся скачком — меньше чем на заряд одного электрона. Так удалось связать каждый распад с изменением заряда.
Оказалось, что альфа-распады и бета-распады выбивают из сферы разные наборы зарядов. Альфа-частицы, тяжёлые и быстрые, уносят больше заряда, а бета-частицы — меньше. Более того, альфа-распад радона, который рождается из свинца, выбивает целый ливень медленных электронов с поверхности сферы.
Этот метод открывает путь к изучению самых слабых радиоактивных выбросов — по одному распаду за раз. Как если бы мы научились слышать каждый удар капли дождя по стеклу, а не только общий шум ливня.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Сфера настолько чувствительна к заряду, что замечает потерю даже доли заряда одного электрона — меньше, чем заряд любого известного свободного объекта.