Recent upgrades to the CRIS Decay Spectroscopy Station: Accessing - and -ray spectroscopy on pure isomeric beams
ISOLDE-CERN 的 CRIS 衰变光谱站通过重新设计的真空兼容检测室、新的带式系统以及数字数据采集系统（DAQ）进行了升级，以实现同质异能素选择性的 和 射线光谱学研究，并通过 同质异能素的完全分离与高效检测成功验证了其性能。
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在物质的核心深处，存在着原子核——一个由质子和中子组成的致密集群，它定义了宇宙中的每一种元素。虽然有些原子核是稳定的，但许多原子核是不稳定的，即具有放射性，它们不断地发生变化并释放能量，以寻找一个更舒适的状态。科学家们通过研究这些转瞬即逝的衰变时刻，来理解维持宇宙运转的基本力量。然而，该领域面临的一个持久挑战是“同质异能核”（isomers）的存在。这些是同一种原子的不同版本，它们拥有相同数量的质子和中子，但处于不同的能量状态，就像一张折叠的纸与一张平展开的纸的区别一样。通常，这些不同的版本在到达实验室时是混合在一起的，这使得辨别哪一个是正在衰变的原子、哪一个仅仅是背景噪声变得几乎不可能。为了观察特定核态的真实本质，研究人员必须以极高的精度将其分离出来，这项任务长期以来需要激光技术与真空技术的精妙平衡。
在被称为CERN的欧洲核子研究组织，一支科学家团队最近升级了一个名为衰变光谱站（Decay Spectroscopy Station）的专门设施。该站位于ISOLDE设施内，旨在捕捉被创造出来的放射性原子，并研究它们如何破碎。由大型国际合作团队领导的研究人员，对该站进行了改造，使其能够处理经过纯化、仅包含单一核态类型的原子束。通过使用一种被称为共线共振电离光谱（coliline resonance ionization spectroscopy）的强大技术，他们可以调节激光，使其仅与他们想要研究的原子特定的能量指纹发生相互作用，从而有效地过滤掉所有不需要的版本。新的升级允许这些纯化的原子束被植入到一个移动的传送带上，传送带会在短时间后将原子从探测器中带走，确保测量过程不会受到之前原子残留辐射的污染。
这项新能力的物理核心是一个重新设计的探测室。研究人员用一个紧凑的、定制制造的单元取代了旧的不锈钢设计，该单元可以在超高真空环境下运行。在这个腔室内，他们安装了一个穿过专用探测器中心的移动传送带系统。该探测器是一个定制的塑料闪烁体，即一种在受到粒子撞击时会发出闪光的透明材料。在这个中心枢纽周围，分布着数个能够感知伽马射线（即核衰变过程中释放的高能光子包）的高精度探测器。整个装置都连接到一个先进的数字系统，该系统可以记录粒子撞击塑料的具体时刻以及随后产生的伽马射线的精确能量，从而使团队能够以空前的清晰度重建衰变过程。
为了测试他们的机器是否奏效，团队使用铟（indium）束进行了一次性能测试实验，铟是一种存在两种截然不同形式的化学元素：基态和激发态同质异能态。由于这两者的能量特征高度重叠，它们在分离上是出了名的困难。研究人员将一束铟原子导向该站，利用激光在每次仅选择其中一种形式。当选定的原子落在移动传送带上时，它们开始衰变。团队观察到，移动传送带成功地带走了放射性残余物，使探测器保持清洁，为下一批原子做好准备。他们测量了新型塑料探测器的效率，发现它成功捕获了衰变过程中发射的约百分之十九的贝塔粒子，对于如此紧凑的设备而言，这是一个显著的成就。
实验中最引人注目的结果是能够清晰地区分这两种形式的铟。当激光调至基态时，探测器记录到了仅在基态存在时才会出现的特定伽马射线模式。当激光调至同质异能态时，则出现了完全不同的伽马射线集合，且没有来自基态的信号。这种干净的分离证明了团队现在可以独立研究这两种核态的衰变，而这在以前由于信号混合是无法实现的。研究人员确定，该系统可以高效地去除不需要的背景活动，从而提供清晰的核结构视图。
这项工作代表了研究奇异原子核的重要进展。通过结合激光纯化、移动传送带系统和新一代探测器，团队创造了一个能够以以往无法企及的纯度来隔离和观察核态的工具。这次升级的成功意味着科学家现在可以研究那些曾经因污染严重而无法研究的短寿命同位素。团队计划利用这一新能力去探索靠近附近的原子核结构，特别是 和 ，这有望阐明该区域的形状共存现象。这种能够干净分离这些状态的能力，为回答关于原子核形状和行为的长期问题打开了大门，为提供更清晰的宇宙基本组成部分图景提供了可能。
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