康普顿相机已用于测量核物理实验中伽马射线的偏振。这是由以下人员领导的团队完成的 刚太郎 在日本 RIKEN 开创性研究集群。他们表示，他们的新方法可以帮助物理学家更详细地探测原子核的结构。
原子核包含质子和中子，它们通过强力结合在一起。就像原子或分子中的电子一样，这些质子和中子可以以多种不同的能态存在——通常与原子核的不同形状相关。这些状态之间的转变通常涉及伽马射线光子的发射，对这些光子的研究提供了有关原子核内部结构的重要信息——一门称为核光谱学的学科。
这些研究涉及确定原子核的自旋和宇称，这可以通过测量发射的伽马射线的偏振来完成。然而，精确测量伽马射线偏振并非易事。
多层相机
最近，高质量测量的新机会来自多层碲化镉康普顿相机设计，该设计首先由 高桥忠之 以及东京大学的同事。
康普顿相机包含至少两层与伽马射线相互作用并检测伽马射线的材料。该过程从第一层非弹性（康普顿）散射的伽马射线光子开始。然后光子被第二层吸收。通过使用检测到这两个事件的位置信息，可以将入射伽马射线的源追溯到空间中的圆。通过测量许多此类相互作用，可以将伽马射线束的源精确定位到圆的交点。因此，康普顿相机在伽马射线天文学中发挥了重要作用。
事实上，高桥的设计最初是为日本的瞳任务而开发的，这是一个于 2016 年发射的不幸的太空望远镜。然而，Go 指出，“这种类型的探测器已被应用于广泛的领域。其应用范围从定位日本核电站事故后释放的放射性物质，到用作核医学中的多探头跟踪器。”
偏振相关
现在，Go 的团队在一项测量伽马射线偏振的核光谱实验中使用了高桥的康普顿相机。他们的技术利用了这样一个事实：光子以特定角度被康普顿散射的概率取决于其偏振。这意味着康普顿相机可用于确定源自已知位置的源的伽马射线束的偏振。
“这种方法提供了有关来自受激原子核的伽马射线线性偏振的宝贵信息，”戈说。
康普顿成像开辟了诊断成像的新途径
在实验中，研究人员向薄铁箔发射质子束。其中一些质子从铁 56 原子核中散射出来，使原子核处于激发态，并通过发射伽马射线光子而衰变。在这个原理验证实验中，选择这种核跃迁是因为伽马射线以众所周知的偏振方式发射。
令 Go 和同事高兴的是，他们的康普顿相机测量的光子偏振与已知值非常吻合。在成功展示了他们的新实验技术后，Go 的团队希望该相机能够很快在最先进的核光谱实验中得到更广泛的应用。
“我们的研究结果包括非常高的灵敏度和高效的检测效率，”Go 描述道。他说，这对于研究稀有放射性核非常有用，这涉及到检测非常少量的光子。
该研究描述于 Scientific Reports.
