美國密歇根州立大學（Michigan State University，MSU）稀有同位素束流設施（Facility for Rare Isotope Beams，FRIB）近日完成次世代伽瑪射線偵測系統 GRETA 的首批束流測試與性能鑑定。研究團隊表示，GRETA 在早期測試中達成預定性能指標，正式進入運轉階段，未來可望大幅提升美國在核物理、天體物理及國家安全相關研究領域的探測能力。

GRETA 全名為 Gamma-Ray Energy Tracking Array（伽瑪射線能量追蹤陣列），由美國多座國家實驗室及大學研究團隊共同開發。其核心任務，是以極高精度捕捉原子核碰撞與衰變過程中產生的伽瑪射線，藉此研究原子核內部結構及基本作用力。

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伽瑪射線是原子核發生能階轉換、碰撞或衰變時產生的高能光子。傳統伽瑪射線能譜儀通常只能判斷光子在偵測器中沉積的總能量，但 GRETA 採用高度分段的高純度鍺（HPGe）半導體晶體，搭配高速數位訊號擷取技術，可記錄伽瑪射線在晶體內多次作用的位置與能量。

研究人員藉此能夠重建伽瑪射線在偵測器內的散射路徑，進一步取得其三維作用位置。這種「能量追蹤」技術，使 GRETA 能從高度複雜的背景雜訊中辨識極其微弱的訊號，對研究壽命極短、極不穩定的稀有同位素尤其重要。

GRETA 的建造涉及美國多個國家實驗室。勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）工程團隊負責核心偵測器模組的組裝與初期測試；阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory，ANL）及橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）的研究人員，則參與支援系統及高階數位訊號處理軟體的開發。

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在近期試運轉過程中，研究團隊將 GRETA 整合至 FRIB 的再加速器束流線（ReA），完成整體陣列校準，並以輕原子核束流撞擊固定靶進行性能驗證。實驗過程中形成的受激複合核經歷多階段伽瑪衰變，測試結果顯示，GRETA 的時間同步及能量解析度均符合原先電腦模擬所設定的預期。

研究人員指出，GRETA 啟用後，將能夠協助科學家探索多項核物理重大問題。其中一項重要目標，是繪製原子核穩定性的極限，包括測量所謂的「滴線」（Drip lines），了解原子核在失去穩定性之前最多能容納多少質子與中子。

此外，GRETA 也可用於研究宇宙中重元素的形成。透過追蹤與恆星內部核反應相似的核衰變路徑，科學家可進一步研究比鐵更重的元素如何在超新星爆發及中子星碰撞等極端天文事件中形成。

在基本物理領域，GRETA 的高解析度測量能力也能協助科學家尋找次原子衰變過程中的微小差異，用於檢驗標準模型所描述的對稱性及基本物理定律。

勞倫斯柏克萊國家實驗室核子科學部主任、GRETA 專案主任保羅‧法隆（Paul Fallon）表示，透過研究 GRETA 對極微弱伽瑪射線躍遷的高靈敏度，研究團隊能將偵測性能提升到遠超過前一代陣列的水準。

研究團隊表示，GRETA 產生的高精度實驗數據，除了可協助修正及完善現有核結構理論模型，也具有跨領域應用潛力，未來可能支援核物理、天體物理、核能與能源研究、核醫學，以及涉及核材料與核輻射偵測的國家安全研究。