研究人員近日完成了伽瑪射線能量追蹤陣列（GRETA）的主要建設，這是一款下一代核探測器，旨在提供對原子核的最精確測量。GRETA 是在美國能源部的勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）開發的，並將很快運送到密歇根州立大學（MSU）的稀有同位素束流設施（FRIB）進行安裝和調試。
這項計劃標誌著核物理研究的一個重要里程碑，GRETA 將在前所未有的細節中研究原子核的結構和性質。這款探測器將使用多個高純度鍺晶體來追蹤來自核衰變所發射的伽瑪射線，以卓越的精度捕捉它們的能量和三維路徑。這將使科學家們能夠探索恆星如何形成重元素，測試核穩定性的極限，並創建和探測數百種新同位素。
GRETA 的項目主任保羅·法隆（Paul Fallon）表示：「我們的目標是製造出最佳的高分辨率、高效率的伽瑪射線探測器，以便回答有關物質和基本力的重大問題。每一次技術的進步都使我們能提高解析力，觀察到較微弱的結構。GRETA 的靈敏度將是以往核科學實驗的 10 到 100 倍。」
GRETA 的建設包括組裝鍺探測器模塊、電子設備、機械支撐框架和計算系統。該設備在伯克利實驗室建造，並由來自其核科學、工程和計算部門的科學家和工程師，以及來自密歇根州立大學、阿岡國立實驗室和奧克里奇國立實驗室的貢獻共同完成。
一旦在 FRIB 正式運行，研究人員將向 GRETA 中心放置的目標發射粒子束，生成能量高且經常稀有的原子。在這些原子穩定下來時所發射的伽瑪射線將由 GRETA 的探測器測量，為每個同位素提供獨特的「指紋」。
GRETA 的副項目主任希瑟·克勞福德（Heather Crawford）指出：「伽瑪射線光譜學是我們了解原子核基本性質的最強大工具之一。激發狀態和伽瑪射線對每個同位素來說都是獨特的指紋。GRETA 是全球最強大的顯微鏡，能夠檢視這些指紋並解答有關核和統治它的力量的問題。」
該探測器將使研究稀有同位素、核滴線、質子或中子無法再保持束縛的極限以及梨形核成為可能，這可能揭示自然界中的對稱性違反，並闡明為何宇宙以物質而非反物質為主導。FRIB 能夠產生超過 1,000 種新同位素，將大大擴展此類實驗的範疇。
GRETA 的設計基於早期的 GRETINA 項目，後者使用了 12 個鍺探測器模塊。新系統將模塊數量增加到 30 個，形成一個完整的球體，從而提高檢測效率。每個模塊包含四個超純鍺晶體，呈六邊形，並冷卻至約零下 300 華氏度的低溫，以達到最佳性能。
支撐模塊的鋁框架經過極高精度的工程設計，對齊誤差在 1 百萬分之一英寸內，以確保在更換目標時的完美重組。框架的每一半都可以旋轉，從而安全地安裝模塊，然後再進行最終定位。
該探測器的新電子設備可以處理每個晶體每秒高達 50,000 個信號，而其專用計算集群則能實時處理每秒多達 480,000 次的伽瑪射線互動。在測試期間，GRETA 超越了這一目標，達到了每秒 511,000 次互動。它還可能成為 DELERIA 的首個平台，這是一個高速度數據流系統，能夠通過能源部的 ESNet 網絡將實驗結果傳輸到超算設施進行近乎即時的分析。
一旦在 FRIB 安裝完成，GRETA 將在多個實驗站使用，並在未來用於阿岡國立實驗室。其靈活性和靈敏度預計將推動核科學的邊界，為研究人員提供更快速和更詳細的物質基礎建設見解。
