徐德文：基礎物理重大突破！美國發明世界上最強大“顯微鏡”可看清原子核內部結構！_風聞

物理學的歷史被再次改寫——科學家們終於擁有了能“直視”原子核內部結構的“眼睛”！

是的，你沒看錯。我們説的不是細胞，不是分子，甚至不是原子，而是那個縮在原子中心，佔據了99.9%以上質量，卻小到令人髮指的——原子核。

▲ GRETA 將使用多塊鍺晶體追蹤核衰變發射的伽馬射線，並以極高的精度測量其能量，為研究人員提供迄今為止最精確的原子核觀測數據。圖中展示了 6 個模塊 120 塊鍺晶體中的 24 塊。（圖片來源：Robinson Kuntz/伯克利實驗室）

如果説原子是一座宏偉的教堂，那麼原子核就相當於教堂正中心的一粒塵埃。過去我們所有的工具，都只能模糊地感知這粒“塵埃”的存在。而現在，一台名為GRETA的超級設備橫空出世，目前已完成主體構建，即將進行安裝和調試。它的使命，就是清晰地描繪出這粒“塵埃”上精妙絕倫的花紋！

◆ 01這台“核”級別的顯微鏡，到底有多牛？

它的全名是“伽馬射線能量追蹤陣列”（Gamma-Ray Energy Tracking Array），由美國能源部旗下的勞倫斯伯克利國家實驗室牽頭，聯合多家頂尖機構共同打造。

別被它複雜的名字嚇到，它的原理其實可以簡單解釋。

比如你想了解一個精密音樂盒的內部構造，但又不能把它拆開，怎麼辦？最聰明的方法是：

搖晃它，然後仔細聽它發出的聲音。

GRETA做的，就是類似的事情，只不過更加暴力和極致。

“搖”一下原子核：科學家們會用一個叫做FRIB的“粒子炮彈發射器”，以接近光速的速度，將一束粒子轟擊到目標上，強行創造出一些極其罕見、極其不穩定的“新”原子核。

“聽”它的聲音：這些新生的、興奮的原子核會瞬間“平靜”下來（衰變），在這個過程中，它們會釋放出一種能量極高的光——伽馬射線。這束射線，就是原子核發出的“聲音”，是它最獨特的身份指紋。

360度無死角捕捉：GRETA就是那個終極“拾音器”！它由120個高純度鍺晶體組成一個完美的球體，將撞擊點包裹得嚴嚴實實。任何一絲伽馬射線都別想逃掉。它不僅能“聽”到聲音，還能精確追蹤每一束射線的來源和軌跡，最終在電腦裏重建出原子核內部的3D立體影像。

每一次粒子撞擊，都是一次微觀宇宙的“大爆炸”。而GRETA，就是捕捉這場爆炸所有光芒的終極相機。

它的性能有多誇張？官方數據顯示，GRETA的靈敏度是上一代儀器的10到100倍，每秒可以處理超過50萬次伽馬射線信號！

 這意味着，過去需要幾年才能完成的實驗，現在可能只需要幾天。

◆ 02看清原子核，到底有什麼用？

這絕不是科學家們的自娛自樂，GRETA即將開啓的探索，關聯着關於我們宇宙的幾個終極問題。

你手上的黃金從哪裏來？

宇宙大爆炸只產生了氫和氦等最輕的元素。那麼金、銀、鈾這些重元素是如何誕生的？天文學家普遍認為它們來自超新星爆發或中子星合併等宇宙級的“超級熔爐”。GRETA可以通過模擬這些極端環境，精確研究這些“宇宙鍊金術”的詳細過程。

我們為什麼存在？

這是一個深刻到令人眩暈的問題。理論上，宇宙大爆炸應該產生等量的物質和反物質，它們一見面就會湮滅，宇宙中應該什麼都不剩。但現實是，我們的宇宙幾乎全由物質構成。為什麼？科學家猜測，答案可能隱藏在某些“梨形”原子核的微小不對稱中。GRETA的超高精度，正是為了尋找這種不對稱，尋找宇宙選擇物質而非反物質的終極密碼。

物質的極限在哪裏？

元素週期表不會無限延伸。一個原子核到底能塞進多少個質子和中子？存在一個極限，一旦越界，粒子就會“滴”出來。GRETA將幫助科學家們探索這個“物質穩定島”的邊界，創造並研究上千種全新的同位素，徹底刷新我們對物質世界的認知。

◆ 03一個新紀元的開啓

根據項目公告，GRETA的主體建造工作已經完成，這個龐然大物即將在今年夏天從伯克利實驗室運往密歇根州立大學的FRIB設施，預計2026年正式開始它的第一次原子核“透視”。

GRETA的建成，不是終點，而是一個全新探索紀元的起點。人類窺探物質核心的目光，從未如此深邃和清晰。

從今往後，教科書上關於原子核的章節，可能要準備隨時更新了。讓我們一起期待，這隻“神之眼”會帶給我們怎樣的震撼與驚喜！

參考文獻：

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