O gás que faz os balões flutuarem também é vital para experimentos científicos. Nestes experimentos, hélio natural (He) é purificado, mas contém uma pequena porção de uma forma ligeiramente diferente de hélio, conhecido como o isótopo ³ Ele. Uma amostra pode conter apenas um ³ Ele está em cada milhão de átomos de hélio. Isso é demais para muitos experimentos. Muitos experimentos requerem hélio ultra-puro, com um ³ Ele é pelo menos outro milhão de vezes menor, ou um em um trilhão de átomos de He. Embora se acredite que as técnicas produzam hélio ultra-puro, até recentemente, nenhum método experimental confirmou que a quantidade de ³ Ele presente em uma amostra é realmente pequeno. Agora, cientistas da instalação do ATLAS no Laboratório Nacional de Argonne usaram a espectrometria de massa do acelerador (AMS) para medir com precisão as concentrações muito pequenas de ³ Ele está presente.

Os cientistas precisam de hélio ultra-puro para uma ampla gama de experimentos. Por exemplo, eles usam hélio ultra-puro para estudar a longevidade e outras propriedades de um nêutron livre. Nêutrons livres podem fornecer insights sobre a formação do universo e a física além do modelo padrão, se medido com precisão. Para determinar a pureza do hélio para este estudo, a equipe demonstrou uma abordagem que atinge um nível de precisão várias ordens de magnitude além de qualquer outra técnica. A equipe também descobriu que medir a quantidade de problemas ³ Ele em amostras de hélio purificado destinadas a estudos de nêutrons sugere a necessidade de correções experimentais significativas, devido à absorção de nêutrons pelo resíduo ³ Ele está presente.

Responder a perguntas científicas difíceis sobre a natureza do universo requer hélio purificado isotopicamente ( ⁴ Ele). O isótopo ³ Ele pode contaminar o hélio. Medir com precisão a quantidade de ³ Ele requer a determinação do ³ Ele/ ⁴ Razão de He em valores bem abaixo daqueles que podem ser alcançados com técnicas de espectroscopia de massa padrão. A espectrometria de massa do acelerador fornece a única maneira de medir diretamente o ³ O conteúdo de He em amostras de hélio purificado no nível de sensibilidade necessário para o experimento de vida do nêutron, que procura determinar quanto tempo um nêutron livre sobrevive. Os cientistas usaram a instalação ATLAS para demonstrar medições de ³ Ele/ ⁴ Ele tem proporções tão pequenas quanto 10 ^-14 , ou 1 em 100, 000, 000, 000, 000. Neste trabalho, cientistas ajustaram o acelerador ATLAS, que serve como um filtro de massa ultrapreciso, com íons de carbono especializados. Eles escalaram os componentes do acelerador para ³ He +. Para reduzir a atmosfera ³ Ele contaminação, a equipe produziu o ³ He + íons em uma nova fonte de descarga de hélio de radiofrequência que reduziu as fontes naturais de fundo de ³ Ele. Eles monitoraram o ajuste final do acelerador mudando regularmente para H ³⁺ íons de hidrogênio de alta pureza. Eles eliminaram íons H3 + e íons consistindo de átomos de deutério e hidrogênio emparelhados por dissociação em uma folha de ouro, após a aceleração para 8 MeV. Depois de retirar o segundo elétron do ³ He + íon, eles dispersaram os íons em um espectrógrafo magnético e contaram o ³ Ele ²⁺ íons. A equipe antecipa que essas observações também guiarão o projeto de futuros experimentos com nêutrons. Com base em melhorias conhecidas, uma sensibilidade final para ³ Ele/ ⁴ Ele tem proporções tão pequenas quanto 10 ^-15 parece ser viável.