十亿分之一的浓度就像10吨薯片中的一小撮盐——而科学家现在可以找到浓度小数百万倍的放射性粒子。 在《分析原子光谱学杂志》上，研究人员描述了成功检测到隐藏在大约一百万亿个其他原子中的放射性铀和钍。
这种发现微量放射性元素（自然存在于实验室仪器中常用的金属（如黄金）中）的能力，可能对粒子物理学产生重大影响。放射性痕迹限制了探测器在搜索奇异粒子（包括可能构成暗物质的粒子）时的灵敏度；探测器内部微小的放射性杂质可能会被误认为是粒子的信号，从而扰乱整个实验。
德雷塞尔大学的粒子物理学家和富氙天文台的米歇尔·多林斯基（Michelle Dolinski）说：“在做任何其他事情之前，我们需要尽可能纯净的材料。”她没有参与这项研究。她对稀有粒子搜索的研究与化学家追踪放射性的工作交织在一起。
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太平洋西北国家实验室 (PNNL) 化学家和研究合著者埃里克·霍普 (Eric Hoppe) 说：“物理学确实需要推动化学发展。”他和另一位研究人员使用质谱仪确定了金属样品中少量放射性钍和铀的浓度，质谱仪根据粒子的质量分离粒子。
首席作者哈杜贾·哈鲁卡 (Khadouja Harouaka) 解释说，首先，科学家们必须使放射性元素的质量大于金属的其他原子，她也是 PNNL 的化学家。为此，他们将金属样品加热至非常活泼，并将其推入充满氧气的腔室中。样品中任何钍或铀然后与氧气结合，形成质量足够大的分子，从而在质谱仪数据中脱颖而出。科学家接下来计算了这些氧化的放射性粒子，并计算出它们的原始浓度——该值表明该材料将为物理实验引入多少辐射。
虽然许多先前开发的粒子检测方法必须针对每种特定金属进行修改，但新技术始终使用相同的加热和氧化步骤。“整个材料范围正在打开，”霍普说。
明尼苏达大学物理学家和超低温暗物质搜寻实验的普里西拉·库什曼 (Priscilla Cushman) 说，材料选择对于粒子探测器的设计至关重要，她没有参与这项研究。“暗物质实验的许多小部件都有不同的功能，”她说。“用于电气或热连接，甚至绝缘的材料，都必须是放射性纯净的。”每种新检查的金属都可以考虑用于探测器组件。霍普也在展望未来：“我们一直在努力击倒所有可疑的[放射性]材料。这项工作是向前迈出的美好一步。”