徐德文：基础物理重大突破！美国发明世界上最强大“显微镜”可看清原子核内部结构！_风闻

物理学的历史被再次改写——科学家们终于拥有了能“直视”原子核内部结构的“眼睛”！

是的，你没看错。我们说的不是细胞，不是分子，甚至不是原子，而是那个缩在原子中心，占据了99.9%以上质量，却小到令人发指的——原子核。

▲ GRETA 将使用多块锗晶体追踪核衰变发射的伽马射线，并以极高的精度测量其能量，为研究人员提供迄今为止最精确的原子核观测数据。图中展示了 6 个模块 120 块锗晶体中的 24 块。（图片来源：Robinson Kuntz/伯克利实验室）

如果说原子是一座宏伟的教堂，那么原子核就相当于教堂正中心的一粒尘埃。过去我们所有的工具，都只能模糊地感知这粒“尘埃”的存在。而现在，一台名为GRETA的超级设备横空出世，目前已完成主体构建，即将进行安装和调试。它的使命，就是清晰地描绘出这粒“尘埃”上精妙绝伦的花纹！

◆ 01这台“核”级别的显微镜，到底有多牛？

它的全名是“伽马射线能量追踪阵列”（Gamma-Ray Energy Tracking Array），由美国能源部旗下的劳伦斯伯克利国家实验室牵头，联合多家顶尖机构共同打造。

别被它复杂的名字吓到，它的原理其实可以简单解释。

比如你想了解一个精密音乐盒的内部构造，但又不能把它拆开，怎么办？最聪明的方法是：

摇晃它，然后仔细听它发出的声音。

GRETA做的，就是类似的事情，只不过更加暴力和极致。

“摇”一下原子核：科学家们会用一个叫做FRIB的“粒子炮弹发射器”，以接近光速的速度，将一束粒子轰击到目标上，强行创造出一些极其罕见、极其不稳定的“新”原子核。

“听”它的声音：这些新生的、兴奋的原子核会瞬间“平静”下来（衰变），在这个过程中，它们会释放出一种能量极高的光——伽马射线。这束射线，就是原子核发出的“声音”，是它最独特的身份指纹。

360度无死角捕捉：GRETA就是那个终极“拾音器”！它由120个高纯度锗晶体组成一个完美的球体，将撞击点包裹得严严实实。任何一丝伽马射线都别想逃掉。它不仅能“听”到声音，还能精确追踪每一束射线的来源和轨迹，最终在电脑里重建出原子核内部的3D立体影像。

每一次粒子撞击，都是一次微观宇宙的“大爆炸”。而GRETA，就是捕捉这场爆炸所有光芒的终极相机。

它的性能有多夸张？官方数据显示，GRETA的灵敏度是上一代仪器的10到100倍，每秒可以处理超过50万次伽马射线信号！

 这意味着，过去需要几年才能完成的实验，现在可能只需要几天。

◆ 02看清原子核，到底有什么用？

这绝不是科学家们的自娱自乐，GRETA即将开启的探索，关联着关于我们宇宙的几个终极问题。

你手上的黄金从哪里来？

宇宙大爆炸只产生了氢和氦等最轻的元素。那么金、银、铀这些重元素是如何诞生的？天文学家普遍认为它们来自超新星爆发或中子星合并等宇宙级的“超级熔炉”。GRETA可以通过模拟这些极端环境，精确研究这些“宇宙炼金术”的详细过程。

我们为什么存在？

这是一个深刻到令人眩晕的问题。理论上，宇宙大爆炸应该产生等量的物质和反物质，它们一见面就会湮灭，宇宙中应该什么都不剩。但现实是，我们的宇宙几乎全由物质构成。为什么？科学家猜测，答案可能隐藏在某些“梨形”原子核的微小不对称中。GRETA的超高精度，正是为了寻找这种不对称，寻找宇宙选择物质而非反物质的终极密码。

物质的极限在哪里？

元素周期表不会无限延伸。一个原子核到底能塞进多少个质子和中子？存在一个极限，一旦越界，粒子就会“滴”出来。GRETA将帮助科学家们探索这个“物质稳定岛”的边界，创造并研究上千种全新的同位素，彻底刷新我们对物质世界的认知。

◆ 03一个新纪元的开启

根据项目公告，GRETA的主体建造工作已经完成，这个庞然大物即将在今年夏天从伯克利实验室运往密歇根州立大学的FRIB设施，预计2026年正式开始它的第一次原子核“透视”。

GRETA的建成，不是终点，而是一个全新探索纪元的起点。人类窥探物质核心的目光，从未如此深邃和清晰。

从今往后，教科书上关于原子核的章节，可能要准备随时更新了。让我们一起期待，这只“神之眼”会带给我们怎样的震撼与惊喜！

参考文献：

Biron, Lauren. (2025, August 8). Mysteries of Matter: GRETA to Open a New Eye on the Nucleus. Lawrence Berkeley National Laboratory.