亞利桑那州立學院化學學院士研究的是被稱為中微子的基本物質粒子，以及一種非常罕見的放射性衰變，在這些衰變中，中微子（就存在于這些衰變中）是無處可尋的。這一理論化但未曾被觀測到的過程，被稱為“無中子雙β衰變”，將撼動粒子化學學的世界。倘若被發覺，它將解開關于中微子基本性質的常年謎題，中微子是宇宙中數目最多但卻最不為人所知的粒子之一。自2005年以來，費爾班克實驗室仍然是國際EXO-200(富集氙天文臺)科學合作的一部份，借助一個飽含超冷液態氙的粒子偵測器找尋無中子雙β衰變。
在2019年4月29日發表在《自然》上的一項新突破中費爾班克團隊為一種名為鋇標記的單原子照明策略奠定了基礎，她們的成就是已知第一個固態惰性二氧化碳中單個原子的成像。鋇標記可能被證明是一項關鍵技術，可以在未來看到無中子雙β衰變，升級的實驗稱為nEXO。
至關重要的是，鋇標記將使科學家們就能通過將真實風波與背景冒名者訊號分離開來，清楚地確定雙β衰變的單原子副產品。EXO-200粒子偵測器坐落新愛爾蘭州卡爾斯巴德地下半英里處，上面裝滿了370磅(約170公斤)重的液態核素富集氙原子。有時，不穩定的氙核素會發生放射性衰變，釋放兩個電子和兩個中微子，把氙原子弄成鋇原子。
弗吉尼亞州立學院化學學院士比爾·費爾班克和實驗室的單原子成像設備。圖片：John/State
假如衰變只形成兩個電子和一個鋇原子放射性衰變，則表明可能發生了無中子雙β衰變。只有當中微子本身是相等的反粒午時，這才可能發生——科學家想通過這種實驗來回答這個突出的問題。否認這些無中子衰變將是歷史性的，須要更新粒子化學學的標準模型。據悉，檢測到的衰變半衰期將有助于科學家間接檢測中微子絕對質量——這是一項史無前例的偉績。
最后，假如沒有中微子的雙β衰變確實存在，科學家可以借助這種信息來了解為何宇宙中有如此多物質，而反物質卻這么少。到目前為止放射性衰變，EXO-200偵測器早已形成了正確能量的衰變風波，但并沒有超過從檢測偵測器背景中預期的準確短缺。在EXO-200中三年內經歷了大概40次衰變風波，但我們難以準確說出其中有多少。
如同在一堆看上去一樣的花崗巖中進行篩選一樣，分辨真實衰變和相像背景風波仍然是研究人員的中心問題。這就是費爾班克鋇標簽的作用。假如鋇標記在目前正在設計nEXO偵測器的后續升級中成功施行，該偵測器對無中子雙β衰變的靈敏度可提升至多4倍。這將是對價值數百萬歐元的nEXO實驗的重大升級。
假如觀察到一個積極訊號，科學家可以使用鋇標記來確定早已聽到了她們正在尋覓的衰變。鋇標記工作是由國家科學基金會激勵計劃捐助，國家科學基金會的化學學家John說：想到那些實驗是這么的敏感，真是令人驚嘆。在30年前的實驗中，我發覺找尋‘百萬分之一’的外來原子很有挑戰性。
這項新研究找尋的是比這更稀有1000萬倍的原子，化學和物理早已取得了很大的進步。我很激動地想到費爾班克和朋友們最終可能會發覺使用這些新技術，由于它有潛力真正改變我們對現實本質的認識。費爾班克團隊在《自然》wiki上描述了怎樣使用高溫探針來冷藏鋇原子的“子體”。
鋇原子是由探針末端的核素氙-136-In固體氙的放射性衰變形成。之后用激光螢光點亮現今固態氙中的單個鋇原子。費爾班克說：當我們得到單個鋇原子的圖象時，團隊特別激動，費爾班克的單原子標記技術也可以推廣到其他應用領域，包括核化學、光學化學和物理。
博科園｜研究/來自:密歇根州立學院
參考刊物《自然》
DOI:10.1038/-019-1169-4
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