8月12日，美國科學家剛剛完成了一臺名叫GRETA的超級設備，它能夠以前所未有的精度觀察原子核內部，解開困擾人類幾十年的宇宙終極謎團。這到底是怎么回事？

這臺設備到底有多厲害？

GRETA的全名叫"伽馬射線能量追蹤陣列"，由美國勞倫斯伯克利國家實驗室主導建造。聽名字可能覺得很復雜，但它的工作原理其實挺好理解的。

你知道原子核有多小嗎？如果把原子比作一個足球場，那原子核就相當于足球場正中央的一顆玻璃珠。過去的所有儀器，最多只能模糊地感知這顆"玻璃珠"的存在，根本看不清里面的結構。而GRETA的出現(xiàn)，徹底改變了這個局面。

它的工作方式有點像醫(yī)院的CT掃描，但比那復雜得多。科學家們會用一個叫FRIB的"粒子加速器"，把粒子加速到接近光速，然后狠狠撞擊目標原子核。這些原子核被撞擊后會變得極不穩(wěn)定，在恢復平靜的過程中會釋放出伽馬射線。

這時候GRETA就發(fā)揮作用了。它由120個高純度鍺晶體組成一個完美的球形陣列，把撞擊點360度無死角地包圍起來。每當一束伽馬射線射出，這些晶體就能精確捕捉到它的位置、能量和方向。通過復雜的計算，科學家們可以在電腦里重建出原子核內部的立體結構圖。

并且，GRETA的靈敏度比上一代設備提高了10到100倍，每秒能處理超過50萬次伽馬射線信號。這意味著過去需要幾年才能完成的實驗，現(xiàn)在可能幾天就搞定了。這種效率的提升不僅僅是數(shù)字上的進步，而是讓原本根本做不了的實驗變成了可能。

更關鍵的是，GRETA能夠同時追蹤多個伽馬射線的軌跡，就像同時看到一場煙花爆炸中每一顆火花的軌跡一樣。這種能力讓科學家們第一次有機會看到原子核內部的"實時動態(tài)"，而不是靜態(tài)的快照。

看清原子核內部有什么意義？

你可能會想，研究這么微小的東西有什么用？實際上，GRETA要解決的問題關系到整個宇宙的命運。

你戴的金戒指、銀手鐲，這些重元素從哪來的？宇宙大爆炸只產(chǎn)生了氫和氦等最輕的元素，重元素都是后來在恒星內部或者超新星爆發(fā)中"煉"出來的。但具體怎么煉的，科學家們一直搞不太清楚。

2017年，人類首次觀測到兩顆中子星碰撞，這次碰撞產(chǎn)生的黃金總量相當于地球質量的好幾倍。但這個過程究竟是怎么發(fā)生的？需要什么樣的條件？GRETA可以通過研究不同原子核的結構，模擬這些宇宙級"煉金爐"的工作過程，幫我們理解宇宙中各種元素是如何誕生的。

更重要的是，GRETA可能幫我們解答一個終極問題：我們?yōu)槭裁磿嬖冢堪蠢碚f，宇宙大爆炸應該產(chǎn)生等量的物質和反物質，它們一碰面就會互相湮滅，宇宙中應該啥都不剩。但現(xiàn)實情況是，我們的宇宙幾乎全是物質構成的。這到底是為什么？

科學家們懷疑，答案可能隱藏在某些特殊原子核的微小不對稱性中。有些原子核不是完美的球形，而是像梨子一樣有點歪。這種微小的不對稱可能就是宇宙選擇物質而非反物質的關鍵。目前已知的一些鐳同位素和鋇同位素確實表現(xiàn)出這種梨形結構，但要想精確測量這種不對稱性，就需要GRETA這樣的超級設備。

還有一個有趣的問題：物質的極限在哪里？元素周期表不會無限延伸下去，一個原子核最多能塞進多少個質子和中子？理論預測在質子數(shù)為114、中子數(shù)為184附近存在一個"超重元素穩(wěn)定島"，在這個區(qū)域內可能存在一些超重但相對穩(wěn)定的元素。這些元素可能具有我們想象不到的性質，甚至可能開啟全新的應用領域。

GRETA將幫助我們探索這個神秘區(qū)域，創(chuàng)造和研究上千種全新的同位素。每發(fā)現(xiàn)一種新的同位素，都相當于在元素周期表上添加了一個新的"居民"，而這些"新居民"可能會帶來意想不到的驚喜。

中國在這個領域處于什么位置？

說到這里，你可能想知道中國在這方面的情況。雖然我們暫時還沒有GRETA這樣專門研究原子核的超級設備，但中國在相關領域并不落后。

比如我們的"拉索"（LHAASO）項目，在高海拔宇宙線觀測方面已經(jīng)達到世界領先水平，能夠精確測量甚高能伽馬射線。這個項目已經(jīng)取得了一系列重要發(fā)現(xiàn)，比如發(fā)現(xiàn)了銀河系內最高能量的宇宙射線源，刷新了人類對宇宙高能現(xiàn)象的認知。

在可控核聚變領域，我們的EAST裝置也已經(jīng)達到國際先進水平，創(chuàng)造了多項世界紀錄。2021年，EAST成功實現(xiàn)了1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒的等離子體運行，這些成果為未來的聚變能源開發(fā)奠定了重要基礎。

在核技術應用方面，中國同樣表現(xiàn)優(yōu)異。比如在醫(yī)用同位素生產(chǎn)領域，我們已經(jīng)能夠生產(chǎn)多種重要的醫(yī)用同位素，打破了國外壟斷。在核電技術方面，我們的華龍一號、國和一號等自主設計的核電機組也已經(jīng)達到世界先進水平。

當然，在原子核結構的精密研究方面，我們確實還有差距。但這也意味著巨大的機遇。隨著國家對基礎科學研究投入的不斷增加，相信不久的將來，我們也會有自己的"超級核顯微鏡"。實際上，中國科學院近年來在核物理基礎研究方面投入巨大，一些相關的大科學裝置也在規(guī)劃和建設中。

新時代即將開啟

根據(jù)最新消息，GRETA的主體建造工作已經(jīng)完成，這個龐然大物即將在今年夏天從加州的伯克利實驗室運往密歇根州立大學的FRIB設施。預計2026年，它就會正式開始第一次原子核"體檢"。

GRETA正式運行后，第一批實驗就非常令人期待?？茖W家們計劃首先研究一些極短壽命的同位素，這些同位素在自然界中根本不存在，只能在實驗室中通過高能撞擊產(chǎn)生，而且存在時間極短，有些甚至只能存在幾毫秒。

但就是這些"曇花一現(xiàn)"的同位素，可能包含著宇宙最深層的秘密。它們的衰變模式、能級結構都可能為我們理解物質的本質提供關鍵線索。

GRETA的建成不是結束，而是一個全新時代的開始。過去我們只能在理論上推測原子核內部的結構，現(xiàn)在終于有了直接觀察的工具。這就像天文學從用肉眼觀星發(fā)展到用哈勃望遠鏡一樣，是一個質的飛躍。

從某種意義上說，我們正站在一個新的科學革命的門檻上。人類對微觀世界的探索從未停止過。從發(fā)現(xiàn)原子到分離原子核，從發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構到繪制人類基因組圖譜，每一次技術突破都帶來了認知的飛躍。而GRETA的出現(xiàn)，標志著我們終于有能力直視物質世界最核心的秘密。

當我們真正理解了原子核的奧秘，當我們解開了物質與反物質的謎團，當我們掌握了元素誕生的密碼，那時候的世界會是什么樣子？