Il gas che fa galleggiare i palloncini è vitale anche per gli esperimenti scientifici. In questi esperimenti, l'elio naturale (He) è purificato, ma contiene un po' di una forma leggermente diversa di elio, noto come isotopo ³ Lui. Un campione può contenere solo uno ³ Lui in ogni milione di atomi di elio. È troppo per molti esperimenti. Molti esperimenti richiedono elio ultra puro, con un ³ Ha un componente almeno un altro milione di volte più piccolo, o uno su un trilione di atomi di He. Sebbene si creda che le tecniche producano elio ultra puro, fino a poco tempo nessun metodo sperimentale ha confermato che la quantità di ³ Ha presente in un campione è davvero così piccolo. Ora, gli scienziati della struttura ATLAS presso l'Argonne National Laboratory hanno utilizzato la spettrometria di massa con acceleratore (AMS) per misurare con precisione le piccolissime concentrazioni di ³ Lui presente.

Gli scienziati hanno bisogno di elio ultra puro per un'ampia gamma di esperimenti. Per esempio, usano l'elio ultrapuro per studiare la longevità e altre proprietà di un neutrone libero. I neutroni liberi possono fornire informazioni sulla formazione dell'universo e della fisica oltre il Modello Standard, se misurato con precisione. Per determinare la purezza dell'elio per questo studio, il team ha dimostrato un approccio che raggiunge un livello di precisione di diversi ordini di grandezza superiore a quello di qualsiasi altra tecnica. Il team ha anche scoperto che misurare la quantità di problemi ³ Egli in campioni di elio purificato destinati a studi sui neutroni suggeriscono la necessità di correzioni sperimentali significative, dovuto all'assorbimento di neutroni da parte del residuo ³ Lui presente.

Rispondere a difficili domande scientifiche sulla natura dell'universo richiede l'elio purificato isotopicamente ( ⁴ Lui). L'isotopo ³ Può contaminare l'elio. Misurare accuratamente la quantità di ³ Egli richiede la determinazione del ³ Lui/ ⁴ Rapporto He a valori ben al di sotto di quelli ottenibili con tecniche di spettroscopia di massa standard. La spettrometria di massa con acceleratore fornisce l'unico modo per misurare direttamente il ³ Si accontenta di campioni di elio purificato al livello di sensibilità richiesto per l'esperimento sulla vita dei neutroni, che cerca di determinare per quanto tempo sopravvive un neutrone libero. Gli scienziati hanno utilizzato la struttura ATLAS per dimostrare le misurazioni di ³ Lui/ ⁴ Ha rapporti piccoli come 10 ⁻¹⁴ , o 1 su 100, 000, 000, 000, 000. In questo lavoro, gli scienziati hanno messo a punto l'acceleratore ATLAS, che funge da filtro di massa ultra preciso, con ioni carbonio specializzati. Hanno ridimensionato i componenti dell'acceleratore a ³ Lui+. Per ridurre l'atmosfera ³ lui contaminazione, la squadra ha prodotto il ³ Ioni He+ in una nuova sorgente di scarica di elio a radiofrequenza che riduce le sorgenti naturali di fondo di ³ Lui. Hanno monitorato la melodia finale dell'acceleratore passando regolarmente a H ³⁺ ioni da idrogeno di elevata purezza. Hanno eliminato gli ioni H3+ e gli ioni costituiti da atomi di deuterio e idrogeno accoppiati mediante dissociazione in una lamina d'oro, dopo l'accelerazione a 8 MeV. Dopo aver strappato il secondo elettrone dal ³ He+ ione, hanno disperso gli ioni in uno spettrografo magnetico e hanno contato i ³ Lui ²⁺ ioni. Il team prevede che queste osservazioni guideranno anche la progettazione di futuri esperimenti sui neutroni. Sulla base di miglioramenti noti, una sensibilità estrema a ³ Lui/ ⁴ Ha rapporti piccoli come 10 ⁻¹⁵ sembra fattibile.