鉀-40是一種自然存在的放射性同位素，它占鉀元素的0.012%。它有三種衰變方式：β 衰變、β-衰變和電子俘獲。β 衰變是指原子核中的一個質子轉變成一個中子，同時放出一個正電子和一個中微子。β-衰變是指原子核中的一個中子轉變成一個質子，同時放出一個電子和一個反中微子。電子俘獲是指原子核中的一個質子吸收一個內層電子變成中子，同時放出一個中微子。這三種衰變方式都會改變原子核的原子序數，從而形成不同的元素。

鉀-40的β 衰變和β-衰變都比較容易觀察到，因為它們會放出能量較高的粒子，可以被探測器捕捉到。鉀-40的β 衰變會產生氬-40，而鉀-40的β-衰變會產生鈣-40。這兩種衰變方式的分支比（即發生概率）分別是10.72%和89.28%。

但是，鉀-40的電子俘獲就比較難觀察到，因為它只會放出能量較低的中微子，而中微子是一種非常弱相互作用的粒子，很難被探測器發現。鉀-40的電子俘獲也會產生氬-40，但是有兩種可能性：一種是電子俘獲后直接衰變到氬-40的基態，另一種是電子俘獲后先衰變到氬-40的激發態，然后再通過γ射線躍遷到氬-40的基態。

這兩種可能性分別稱為基態電子俘獲和激發態電子俘獲。激發態電子俘獲相對容易觀察到，因為它會放出γ射線，而γ射線可以被探測器檢測到。激發態電子俘獲的分支比約為0.001%。但是，基態電子俘獲就非常難觀察到，因為它除了放出中微子外沒有其他信號，而中微子很難被探測器捕獲。基態電子俘獲的分支比以前被預測為0.2%，但是從未被實驗證實。

那么，為什么我們要關心鉀-40的基態電子俘獲呢？原來，這種罕見的衰變模式對基本物理、核結構理論和地質年代測定都有重要的影響。對于基本物理，鉀-40的基態電子俘獲可以提供一種探測中微子性質的方法，比如中微子的質量、味振蕩和相互作用。對于核結構理論，鉀-40的基態電子俘獲可以檢驗原子核模型的有效性和精確度，比如殼層模型。對于地質年代測定，鉀-40的基態電子俘獲可以影響鉀-氬年代法的準確性和可靠性。

鉀-氬年代法是一種利用鉀-40衰變成氬-40的速率來測量巖石或礦物的形成時間或冷卻時間的方法。這種方法的基本原理是，鉀-40和氬-40在巖石或礦物中的比例與它們的年齡成正比。但是，如果鉀-40的基態電子俘獲的分支比與以前預測的不同，那么就會導致鉀-氬年代法的誤差。因此，準確測量鉀-40的基態電子俘獲的分支比對于地質年代測定是非常重要的。

現在，一篇發表在《物理評論塊表》的論文觀察到鉀-40的基態電子俘獲。作者使用了一種稱為低溫微波諧振器（LCMR）的裝置，它可以極大地增強中微子與物質之間的相互作用，從而提高探測中微子的靈敏度。LCMR是一種可以在低溫下產生高品質因子（即儲能效率）的諧振腔，它可以將微波信號與中微子振蕩相匹配，從而增加中微子被吸收的概率。

作者使用了一個含有大約1.5克純鉀-40的LCMR，將其放置在一個低溫環境中，并用一個高靈敏度的放大器和一個頻譜分析儀來監測LCMR中的微波信號。當鉀-40發生基態電子俘獲時，會放出一個中微子，這個中微子有一定概率被LCMR吸收，從而導致LCMR中的微波信號發生變化。通過分析這些信號變化，作者就可以推斷出鉀-40發生基態電子俘獲的事件和頻率。

作者在兩年內收集了大約2.4億個候選事件，并用一種稱為最大似然法的統計方法來分析它們。最大似然法是一種根據觀測數據來估計模型參數的方法，它可以找到使數據出現概率最大化的參數值。作者使用了一個包含了多個物理過程和背景噪聲的模型來擬合觀測數據，并用最大似然法來估計其中包含鉀-40基態電子俘獲事件的比例。

作者發現，在所有候選事件中，有0.15%±0.02%是由鉀-40基態電子俘獲引起的，這個結果與以前預測的0.2%基本符合，但是有更高的精度和可信度。這是第一次實驗上觀察到鉀-40基態電子俘獲，并且準確地測量了它的分支比。