Le gaz qui fait flotter les ballons est également vital pour les expériences scientifiques. Dans ces expériences, l'hélium naturel (He) est purifié, mais il contient un tout petit peu d'une forme légèrement différente d'hélium, connu sous le nom d'isotope ³ Il. Un échantillon ne peut contenir qu'un seul ³ Il dans chaque million d'atomes d'hélium. C'est trop pour de nombreuses expériences. De nombreuses expériences nécessitent de l'hélium ultra-pur, avec un ³ Il est au moins un million de fois plus petit, ou un sur un billion d'atomes d'He. Bien que l'on pense que les techniques produisent de l'hélium ultra-pur, jusqu'à récemment, aucune méthode expérimentale n'a confirmé que la quantité de ³ Il présente dans un échantillon est en effet que petit. Maintenant, les scientifiques de l'installation ATLAS du laboratoire national d'Argonne ont utilisé la spectrométrie de masse par accélérateur (AMS) pour mesurer avec précision les très petites concentrations de ³ Il présente.

Les scientifiques ont besoin d'hélium ultra-pur pour un large éventail d'expériences. Par exemple, ils utilisent de l'hélium ultra-pur pour étudier la longévité et d'autres propriétés d'un neutron libre. Les neutrons libres peuvent fournir des informations sur la formation de l'univers et de la physique au-delà du modèle standard, si mesuré avec précision. Pour déterminer la pureté de l'hélium pour cette étude, l'équipe a démontré une approche qui atteint un niveau de précision de plusieurs ordres de grandeur au-delà de toute autre technique. L'équipe a également découvert que mesurer le nombre de problèmes ³ He dans des échantillons d'hélium purifié destinés aux études neutroniques suggèrent la nécessité d'importantes corrections expérimentales, due à l'absorption des neutrons par le résidu ³ Il présente.

Répondre à des questions scientifiques difficiles sur la nature de l'univers nécessite de l'hélium purifié par isotope ( ⁴ Il). L'isotope ³ Il peut contaminer l'hélium. Mesurer avec précision la quantité de ³ Il demande de déterminer le ³ Il/ ⁴ He ratio à des valeurs bien inférieures à celles qui peuvent être obtenues avec des techniques de spectroscopie de masse standard. La spectrométrie de masse par accélérateur est le seul moyen de mesurer directement la ³ He contenu dans des échantillons d'hélium purifié au niveau de sensibilité requis pour l'expérience de durée de vie des neutrons, qui cherche à déterminer combien de temps un neutron libre survit. Les scientifiques ont utilisé l'installation ATLAS pour démontrer les mesures de ³ Il/ ⁴ Il rapporte aussi petit que 10 ⁻¹⁴ , ou 1 sur 100, 000, 000, 000, 000. Dans ce travail, les scientifiques ont réglé l'accélérateur ATLAS, qui sert de filtre de masse ultra-précis, avec des ions carbone spécialisés. Ils ont mis à l'échelle les composants de l'accélérateur pour ³ Il+. Pour réduire l'atmosphère ³ Il contamination, l'équipe a produit le ³ des ions He+ dans une nouvelle source de décharge d'hélium radiofréquence qui a réduit les sources naturelles de bruit de fond ³ Il. Ils ont surveillé le réglage final de l'accélérateur en passant régulièrement à H ³⁺ ions d'hydrogène de haute pureté. Ils ont éliminé les ions H3+ et les ions constitués d'atomes de deutérium et d'hydrogène appariés par dissociation dans une feuille d'or, après accélération à 8 MeV. Après avoir retiré le deuxième électron du ³ ion He+, ils ont dispersé les ions dans un spectrographe magnétique et compté les ³ Il ²⁺ ions. L'équipe prévoit que ces observations guideront également la conception des futures expériences neutroniques. Sur la base d'améliorations connues, une sensibilité ultime à ³ Il/ ⁴ Il rapporte aussi petit que 10 ^-15 semble faisable.