从南极钻取的一块冰芯，是多少年前形成的？一处深层地下水又有多少年的历史？人们对于赖以生存的地球的历史充满好奇，科学家则一直在想办法提高定年的准确度。
定年精度随着科学家前赴后继的努力而被不断提高，但在动辄以百万年为计量单位的地球历史时间尺度上，一个微小偏差就可能产生数万年甚至数十万年的定年误差。
中国科学技术大学教授卢征天、蒋蔚与中国科学院地质与地球物理研究所研究员庞忠和等科研人员，在国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目的支持下，建立了“原子阱痕量分析”的超灵敏同位素检测方法，利用量子精密测量技术攻克了氪-85、氩-39和氪-81的探测难题，建成了原子阱痕量分析大型科学仪器。
其灵敏度、检测效率、检测速度等各项指标都处于世界领先水平，为环境、地质、水文、气候和海洋物理学等领域提供了先进的检测手段，带来了新的科学前沿突破。
放射性同位素被称为自然界的天然时钟，能够为各种环境演化过程提供关键的时间信息，在地球与环境科学中的应用十分广泛。碳-14就是为人熟知的一种定年同位素，其5730年左右的半衰期，决定了其定年范围约在百年至万年量级。
然而，这个范围对于水文、地质、海洋等领域的定年需求来说远远不够。相较之下，氪-85、氩-39和氪-81等长寿命放射性惰性气体同位素，覆盖年代范围从几年到130万年，大大超出碳-14的定年范围。
但一个棘手的问题是，氪-85、氩-39和氪-81的同位素丰度只有10^-11到10^-16——每千克现代地下水中仅含有约4万个氪-85原子、8000个氩-39原子和1000个氪-81原子，远低于传统质谱方法的探测极限。卢征天等人在前期工作的基础上，认为用自主原创的原子阱痕量分析方法是有可能攻克这一困扰地球与环境科学界半个世纪的探测难题的。
因此，从2018年到2022年，在国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目的支持下，他们开展相关研究，核心科学目标是为研究全球和区域水循环提供关键时间信息。
1999年，卢征天在美国阿贡国家实验室工作时，首先提出原子阱痕量分析方法，完成了原理性验证实验，并在其后不断完善。卢征天介绍，这是一种单原子灵敏检测技术，利用激光操纵中性原子，通过使用原子光学、激光冷却与囚禁等手段实现对样品中被测同位素原子的高灵敏、高选择以及高效率检测。
原子阱氪、氩同位素定年装置，包含3个子系统，分别为氪-85、氩-39和氪-81单独设计、独立优化。在国家自然科学基金委员会专家组建议下，科研团队采取边分析边研发的策略开展项目。也就是说，建成一套使用一套，一边投入试运行，一边收集反馈、发展新方法。2018年，项目开展不久，即在安徽合肥举行了应用研讨会，来自12个国家的不同领域科学家参加了会议。
在地下水定年方面，得益于原子阱痕量分析方法的支持，基于氪-81定年的地下水研究近年来已呈现出蓬勃发展的态势。比如，在鄂尔多斯盆地发现了超过20万年的古老地下水，形成了对该地区地下水循环规律的新认识。此外，全球多地发现了年龄达百万年的古老地下水。对于冰芯样品，只要存在包裹气，就可以通过氪-81和氩-39定年法进行精确的绝对定年，解决了传统的相对定年法无法应用于不连续样品的问题。
氪-85的主要来源是核燃料再处理设施，因此可通过大气氪-85含量推算核设施的年处理量，以及监测一些核辐射突发事件。该团队利用原子阱分析技术实现了对大气氪-85含量的快速测量，将样品量缩减至1升。该样品量仅为传统方法的1/1000，测量时间压缩至1.5小时，比之前快10倍，相应的采样成本以及难度都大幅降低。
项目完成时，各项技术指标均处于国际领先水平。在原子计数率上，氪-85达到10000个原子/小时、氪-81为1000个原子/小时、氩-39为10个原子/小时；在测量时间上，氪-85为0.3小时至0.6小时、氪-81为1小时至2小时、氩-39为10小时至20小时。由于测量灵敏度高，样品量只需要1升空气、20千克地下水、3千克至5千克冰。而其他机构可能需要100千克地下水才能完成检测。
美国阿贡国家实验室在2018年建立了氪-81和氪-85同位素定年检测中心，开展地球环境科学与核安全方面的研究与应用工作，样品需求为100千克地下水或者10升空气。德国海德堡大学搭建了氩-39的原子阱痕量分析装置，用于测量海水和山地冰川样品的年龄。澳大利亚联邦科学与工业研究组织和阿德莱德大学在2019年开始联合建设原子阱痕量分析中心。国际原子能机构也计划搭建原子阱痕量分析装置。
可以预期，今后10年至20年内，世界各地会出现多个放射性氪、氩定年实验室或检测中心。
一方面，发展全光激发的原子阱方法，进一步向高精度和高探测效率方向发展，减少定年不确定度和测量所需样品量，包括1千克级冰芯的氪-81和氩-39定年、地下水高精度定年和多示踪剂研究、海水样品氩-39定年等。另一方面，拓展原子阱痕量分析测量的同位素。
钙-41同位素的半衰期为10万年，在考古和岩石暴露定年方面有潜在的重要应用。例如，测量格陵兰冰川底部岩石的钙-41暴露年龄，可以帮助回答格陵兰冰川在过去几十万年内是否曾经完全消融等重大科学问题。中国科学技术大学团队近期实现了自然丰度钙-41的定量检测，完成了原理性验证实验，在这方面迈出了重要一步。