【新唐人北京時間2026年08月11日訊】一套可望推動核物理與美國國家安全研究的次世代核偵測系統，已於密歇根州立大學（MSU）的「稀有同位素束流設施」（Facility for Rare Isotope Beams, FRIB）完成首批運轉測量與性能鑑定。這套名為GRETA（Gamma-Ray Energy Tracking Array，伽瑪射線能量追蹤陣列）的先進設備，在早期束流測試中成功達成了所有預定性能指標，宣告正式邁入運轉階段。

擺脫傳統限制：以「能量追蹤」精準描繪原子核結構

物理學家設計GRETA的核心目的，是以前所未有的精度描繪次原子（Subatomic，又稱「亞原子」）結構。當原子核發生碰撞或衰變時，會釋放伽瑪射線（高能光子）；透過精準記錄這些伽瑪射線，研究人員得以直接觀察維繫原子核內部的基本作用力。

傳統的伽瑪射線能譜儀僅能測量入射光子在單一偵測器塊體內沉積的總能量。GRETA則採取完全不同的技術路線：

分段電極設計：採用高純度鍺（HPGe）半導體晶體，並裝有高度分段的電極接點。

即時訊號擷取：當高能光子與晶體發生作用時，專用的數位數據擷取硬體會即時記錄產生的電脈衝。

三維作用定位：系統能據此計算出光子在晶體內每次作用的精確三維座標，進而重建光子的散射路徑。

這種「能量追蹤」能力，使GRETA能在極高的背景電子雜訊中精準擷取出微弱訊號，這是研究極端不穩定、壽命極短之稀有同位素的關鍵技術門檻。

多機構頂尖合作與成功試運轉

打造這套龐大陣列需仰賴美國橫跨多個國家實驗室的團隊合作。勞倫斯柏克萊國家實驗室（LBNL）的工程團隊組裝了核心偵測器模組並執行初試；阿貢國家實驗室（ANL）與橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的合作夥伴則建構了支援子系統與高階訊號處理軟體。

在試運轉期間，研究團隊將GRETA成功整合至FRIB的再加速器束流線（ReA），完成全陣列校準，並透過將輕原子核束流射向固定靶進行驗證。碰撞產生的受激複合核歷經多階段伽瑪衰變，實測結果證實，GRETA在時間同步與能量解析度上的表現，完全符合電腦模擬預期。

探索次原子世界：三大關鍵研究領域

隨著鑑定工作完成，GRETA已正式成為FRIB開放給全球學者申請使用的主力儀器。研究人員將利用此設施研究僅能存在幾分之一秒的極端短命同位素，重點聚焦於三大領域：

繪製核穩定性極限：測量原子核的「滴線」（Drip lines），探討單一原子核在崩解前最多能容納多少質子與中子。

揭開宇宙元素起源：追蹤與恆星內部反應相仿的衰變路徑，模擬並解釋比鐵重的元素如何在超新星爆發與中子星碰撞中合成。

檢驗基本物理定律：高精度記錄次原子衰變過程中的微小變異，用以測試標準模型的對稱性與限界。

柏克萊實驗室核子科學部主任兼GRETA專案主任保羅‧法隆（Paul Fallon）表示：「透過探索GRETA對極微弱伽瑪射線躍遷的極致靈敏度，我們得以將其性能推升至遠超過先前世代偵測器陣列的高度。」

GRETA收集到的高精度實驗數據，不僅能改進現有的原子核理論模型，更將為核物理、天體物理、能源應用、核醫學以及國家安全防衛等領域奠定持續研究的科學基礎。

（轉自大紀元/責任編輯：葉萍）