捕获宇宙成因同位素以确定人工制品的年龄

您可能想知道考古学家如何确定古代手工艺品的年代，或者一块岩石在地表之上存在了多长时间。同位素测年法可以告诉我们跨越数十万年的年龄。例如，普通碳同位素14C测年可以确定文物的年龄长达50,000年。从理论上讲，宇宙成因同位素41Ca的半衰期为99,000年(是14C的17倍)，其年龄尺度可超过14C。然而，41Ca的自然丰度分布范围为10-15至10-16，低于目前加速器质谱(AMS)方法的限制。

现在，由中国科学技术大学陆正天教授和夏田博士领导的研究团队突破了41Ca的检测极限。研究人员利用原子陷阱痕量分析(ATTA)方法实现了10-17水平的41Ca单原子检测，并对骨骼、岩石和海水样品进行了演示分析。结果于3月2日发表在《自然物理学》上。

在这项研究中，研究人员首先从骨骼、花岗岩和海水中化学提取了80毫克金属钙样品。然后将钙装入烘箱并加热以产生中性原子束。原子被横向冷却并用激光束聚焦。然后它们在塞曼中减速并被捕获到磁光阱(MOT)中。

通过这些操作，研究人员通过测量它们的荧光，对这41个Ca原子进行了一个一个的计数。Lu的团队在10-16水平上实现了41Ca/Ca比率的12%精度，并在10-17水平下实现了检测限，低于自然丰度分布。

这些结果确保了潜在应用的可行性，例如骨骼的埋藏测年和岩石的暴露测年。接下来，研究人员将与全球考古学家和地质学家合作，探索41Ca作为示踪剂的适用性。