一款专为探索原子核内部结构设计的尖端“显微镜”即将亮相科学界。这款名为“伽马射线能量追踪阵列”（GRETA）的下一代核探测器，由美国劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）主导开发，现已完成主体建造，即将运往密歇根州立大学（MSU）的稀有同位素束流装置（FRIB）进行后续安装与调试。
GRETA的诞生，标志着核物理研究迈入了一个全新的里程碑。它旨在以前所未有的精确度，深入探究原子核的结构与特性。通过利用多个高纯度锗晶体，GRETA能够追踪核衰变过程中释放的伽马射线，并以极高的分辨率捕捉其能量及三维轨迹。这一能力将使科学家得以揭开恒星内部重元素生成的奥秘，挑战核稳定性的极限，并探测到数百种全新的同位素。
GRETA项目主任保罗·法伦表示：“我们的目标是打造一款性能卓越、分辨率与效率均达到顶级的伽马射线探测器，以解答关于物质本质和基本力的重大科学问题。随着技术的不断革新，GRETA的解析能力将大幅提升，使我们能够观测到更为精细的结构。其灵敏度相比以往的核科学实验，将提高10至100倍。”
GRETA的建造工作涉及锗探测器模块、电子设备、机械支撑框架及计算系统的精密组装。该项目由伯克利实验室的核科学、工程和计算部门携手密歇根州立大学、阿贡国家实验室及橡树岭国家实验室的科学家与工程师共同完成。一旦在FRIB投入运行，研究人员将利用高能粒子束轰击置于GRETA中心的靶材，产生稀有且高能的原子。这些原子在稳定过程中释放的伽马射线，将被GRETA的探测器精准测量，为每种同位素提供独一无二的“身份标识”。
GRETA项目副主任希瑟·克劳福德强调：“伽马射线能谱学是我们洞悉原子核基本性质的重要工具之一。激发态和伽马射线构成了每种同位素的独特指纹。GRETA无疑是研究这些指纹、探索原子核及其作用力奥秘的最强大显微镜。”
GRETA的探测器设计独特，将使得研究稀有同位素、核滴线（即中子或质子束缚极限状态）以及可能揭示自然界对称性破缺的梨形核成为可能。FRIB能够产生超过1000种新的同位素，这将极大地拓宽此类实验的研究范畴。相较于早期的GRETINA项目（使用12个锗探测器模块），GRETA将模块数量增至30个，围绕目标靶形成一个完整的球体，从而显著提升探测效率。
每个GRETA模块均包含四块超纯锗晶体，这些晶体被精心加工成六边形锥体，并冷却至极低温度（约零下184摄氏度），以确保最佳性能。容纳模块的铝制框架设计精度极高，对准公差控制在百万分之一英寸以内，确保在更换靶材时能够完美重组。框架的两半均可旋转，便于安全安装模块。
GRETA的电子设备每秒可处理来自每个晶体的多达50,000个信号，而其专用的计算集群则具备每秒实时处理480,000个伽马射线相互作用事件的能力。在测试中，GRETA的表现甚至超出了预期，达到了每秒511,000次相互作用的水平。未来，它还有望成为DELERIA（一种高速数据流传输系统）的首个运行平台，该系统能够将实验结果迅速传输至超级计算设施进行即时分析。
在FRIB安装完成后，GRETA将在多个实验站投入使用，并计划在阿贡国家实验室进一步发挥作用。其卓越的灵活性与灵敏度，有望突破核科学的界限，为科研人员探索物质的基本构成提供更为迅速且详尽的见解。
