光谱示意图。伽玛射线位于能量最高的右侧。

伽玛射线是一种肉眼不可见的光，常用希腊字母伽玛（γ）表示。和可见光一样，伽玛射线也是一种电磁辐射，即电磁波，但它的波长远短于可见光，是已知波长最短的电磁辐射。一般把波长接近或短于1皮米（米，即1米的一万亿分之一）的电磁波称为伽玛射线。这意味着伽玛射线的波长比头发丝的直径还要短一千万倍，甚至比原子的直径还要短大约一百倍。

既然伽玛射线也是一种光，根据爱因斯坦的光子理论，伽玛射线的能量也是由其中的光子携带的。但与其它的可见光或不可见光不同，伽玛射线具有所有电磁辐射中最高的光子能量。它的能量有多高呢？任何可见光或不可见光的单一光子的能量都是很低的，不足以直接影响宏观物体，即使是能量较高的X射线也是如此。然而已知能量最高的伽玛射线光子的能量可以超过万分之一焦耳，这么多能量甚至足以推动一枚鸡蛋。目前尚不清楚伽玛射线光子的能量上限。

伽玛射线大多来自微观粒子的相互作用和高能物理过程。它具有极强的穿透性，如不加以防护，伽玛射线可以轻易穿透包括人体在内的大多数物体。由于其光子能量极高，可以轻松破坏分子原子结构，可能对人体和其它生物造成辐射伤害。并且由于其极强的穿透性，伽玛射线可以在全身范围内引起弥散性损伤，可能造成细胞损伤、组织损伤、白内障、辐射病等伤害，甚至免疫功能下降、基因变异和癌症等更严重的问题。现代的专业核辐射防护服往往都难以完全阻挡伽玛射线对人体的损害。目前一般使用厚铅板等高密度防护材料阻挡伽玛射线以防止辐射伤害。

法国科学家保罗·于尔里克·维拉尔（Paul Ulrich Villard, 1860-1934）在1900年研究镭元素的辐射时发现了伽玛射线，但当时还没有认识到这是一种全新的辐射类型。1903年，新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福爵士（Ernest Rutherford, 1871-1937）发现伽玛射线比另外两种核辐射对物质有明显更强穿透性，确定了伽玛射线具有独特的物理性质。因为之前发现的两种核辐射根据希腊字母表顺序被命名为阿尔法射线和贝塔射线，因此将新发现的这种辐射命名为伽玛射线。

三种核辐射，即阿尔法，贝塔，伽玛射线都具有穿透性。阿尔法射线是带电原子核，仅需一张薄薄的纸就可以挡住；贝塔射线是电子或正电子，需要薄金属板才能挡住。而伽玛射线是电磁波，穿透性极强，需要非常厚的铅板或其它金属板才能阻挡。

自然界中有很多伽玛射线源。地球上存在很多种天然放射性元素都可以产生伽玛射线。闪电也可以产生一定的伽玛射线。来自地球之外的高能宇宙射线可以和地球的大气层相互作用产生伽玛射线。太阳光也包含少量伽玛射线。但是这些天然存在的伽玛射线源强度很低，不足以对人产生影响。宇宙中很多天体都可以产生伽玛射线，尤其是一些剧烈的天体解体爆炸过程可以产生极强的伽玛射线。但是这些现象往往在可见光下是难以探测的。天文学研究需要使用专门的伽玛射线望远镜观测宇宙中的伽玛射线。

天文观测发现的宇宙中伽玛射线分布图。中间的区域是银河系，红色和黄色代表较高的伽玛射线强度，即银河系中包含很多产生伽玛射线的天体。周围的蓝色区域在银河系以外，伽玛射线强度较低，但并不是零，意味着宇宙中存在大量天体解体或更新的剧烈过程。但是目前的技术只能分辨少数此类过程，即蓝色区域中的小红点；大多数天体解体或更新产生的伽玛射线还无法分辨。

人造伽玛射线源大多和放射性物质、粒子物理实验、核反应堆等等有关，产生的伽玛射线可能对相关工作人员的健康有不良影响。这些工作场所通常会使用检测设备监控环境中的伽玛射线以减少健康风险。常见的伽玛射线检测设备有盖革计数器和辐射剂量计等等。

由于伽玛射线极强的穿透能力，工业上可以使用其进行工业检测，可以测量产品的密度厚度等物理参数。伽玛射线光谱检测则可以利用伽玛射线和原子核的相互作用检测工业产品的成分。尽管不受控制的伽玛射线可能损害人体，能精确控制的伽玛射线却可以救治病人，反而对人有益。现代医学已经可以使用精确控制的伽玛射线有针对性的破坏肿瘤或者杀菌消毒。人体科学研究中则发现修炼者所具有的功也包含受修炼者控制的伽玛射线，因此可以通过测定伽玛射线来判断功的存在。

历史

最早发现的伽玛射线源是被称为伽玛衰变的放射性衰变过程。这种物理过程是指一个处于较高能量状态（称为激发态）的原子核，可以衰变到一个较低的能量状态并发射伽玛射线。法国科学家维拉尔在1900年研究镭元素的辐射时发现了伽玛辐射。维拉尔注意到这种辐射比之前发现的辐射类型（即阿尔法射线和贝塔射线）能量更高并且穿透性更强。然而，维拉尔并没有确定它是一种不同的辐射类型。在1903年，卢瑟福爵士才意识到维拉尔发现的辐射与之前发现的阿尔法和贝塔射线本质上有所不同，并将这种辐射命名为伽玛射线。这三种射线的命名是根据其穿透能力，使用了希腊字母的前三个字母：阿尔法射线穿透性最差，其次是贝塔射线，最后是穿透性最强的伽玛射线。卢瑟福爵士还注意到，伽玛射线不会被磁场偏转，而阿尔法射线和贝塔射线都会被磁场偏转。

最初科学家认为伽玛射线是某种带电的微观粒子，就像阿尔法射线和贝塔射线一样。卢瑟福爵士一开始以为它们可能是极快的贝塔粒子，但它们不被磁场偏转表明它们没有电荷。之后的实验发现伽玛射线可以从晶体表面反射，表明它可能是一种电磁辐射。卢瑟福爵士测量了来自镭元素的伽玛射线的波长，发现它与X射线相似，但波长更短能量更高。这确定了伽玛射线实际上是一种比X射线能量更高的光。

伽玛射线的来源

原子核在经过其它形式的放射性物理过程之后经常发生伽玛衰变，会产生伽玛射线。例如放射性原子核在发射阿尔法或贝塔射线之后，通常会处于一种被称为激发态的能量较高的状态。它可以通过发射伽玛光子向一个较低能量的状态衰变。激发态原子核发射伽玛射线通常只需要1皮秒（即一千万分之一秒）的时间。伽玛衰变还可以在核裂变或核聚变等核反应之后发生。当高能伽玛射线、电子或质子轰击物质时，物质中的原子受到刺激也会进入激发态，并发射出具有该原子特征的特征伽玛射线光谱。

铀元素裂变过程中可以产生热中子和伽玛射线

伽玛射线还可以在许多高能物理过程中产生。例如物质与反物质相遇导致湮灭，就会产生伽玛射线。很多比原子核还小的微观粒子都是不稳定的，在一定条件下可以经历衰变过程产生伽玛射线。因此，高能物理实验需要采用大量的辐射屏蔽措施。由于这些比原子核还小的不稳定粒子产生的伽玛射线波长一般也小于原子核，粒子物理中的伽玛射线通常比核衰变的伽玛射线能量高出成百上千倍。高能带电粒子在较强的磁场作用下产生的电磁辐射可能包含伽玛射线，它也可以直接与能量低的光子相互作用使其变成伽玛射线。这些辐射机制常见于宇宙中的高能天体系统。闪电可以产生一种被称为地球伽玛射线闪光的短暂伽玛辐射脉冲。这些伽玛射线被认为是由闪电的高强度电场加速高能电子，然后与大气中的原子碰撞而产生伽玛射线。这些伽玛射线闪光可能会对在雷云中或靠近雷云附近飞行的飞机上的乘客和机组人员造成健康风险。

正负电子对相遇湮灭产生伽玛射线

测量方法

不同研究领域对伽玛射线的测量有不同的要求。常见的伽玛射线测量方式和仪器有以下几种：

1. 盖革计数器：盖革计数器广泛用于检测核辐射，包括阿尔法，贝塔，伽玛辐射，以及一些X射线。它利用伽玛射线与气体相互作用时造成的电离效应进行检测。计数器中的气体电离产生电子-离子对，所携带的电荷被收集和放大，产生可计数和测量的电脉冲。盖革计数器常用于辐射监测、环境检测和放射性物质检测。

盖革计数器

2. 闪烁体探测器：闪烁体探测器的原理是伽玛射线与某些晶体（被称为闪烁体）相互作用时产生的闪光进行探测。通过光电倍增管或光电二极管检测和放大光脉冲，将其转换为电信号。闪烁体探测器常用于核医学、伽玛射线光谱学检测和环境监测。

3. 伽玛光谱测量：伽玛光谱测量涉及放射性物质发射的伽玛射线光谱的测量。高分辨率伽玛光谱仪可以识别和量化样品中特定的伽玛放射性元素。 伽玛光谱测量对于核物理研究、环境监测和核医学至关重要。

4. 辐射剂量计：辐射剂量计是可穿戴或便携式设备，用于测量和记录个人在一段时间内暴露于伽玛辐射的情况。一旦累积剂量超额，辐射剂量计就会发出警报。

5. 伽玛相机：伽玛相机是核医学中用于诊断目的的专用成像设备。它可以检测患者服用的放射性药物发出的伽玛射线，并创建放射性物质在体内的分布图像。这些图像用于诊断各种医疗状况。

6. 伽玛射线望远镜：伽玛射线望远镜用于天文观测。太空伽玛射线望远镜一般利用伽玛射线和物质相互作用时产生的电子或正电子测量伽玛射线。而在地面的伽玛射线望远镜则利用伽玛射线与大气相互作用产生的高能粒子探测伽玛射线。伽玛射线望远镜是探测许多在可见光下难以观察的高能天文现象的主要途径。

常见应用

医疗

伽玛射线可以用于治疗某些类型的癌症，因为伽玛射线可以杀死癌细胞，这种技术被称为伽玛刀。手术的过程中，多束集中的伽玛射线被精确控制定向到肿瘤以杀死癌细胞。这些射线从不同角度瞄准，以集中辐射于肿瘤，同时最小化对周围组织的损伤。伽玛辐射也可以用于杀灭微生物和生物组织，包括对医疗设备的灭菌，从许多食品中去除引起腐败的细菌，以及阻止水果和蔬菜发芽以保持新鲜度和口感。

正电子层析成像可以拍摄身体内部，运用了伽玛射线的物理性质

伽玛射线也用于诊断。核医学可以使用多种不同的伽玛放射性同位素诊断疾病。例如，一种被称为氟脱氧葡萄糖的放射性标记糖会发射正电子，与电子相互湮灭后产生成对的伽玛射线，突出显示肿瘤细胞，因为癌症通常具有比周围组织有更高的代谢率。在医学应用中最常用的伽玛放射性同位素是核素锝-99m，将这种放射性示踪剂注射给患者时，伽玛相机可以通过检测发射的伽玛辐射来形成放射性同位素的分布图像。根据被示踪的分子，这些技术可用于诊断各种疾病。例如通过骨扫描诊断癌细胞是否扩散到骨骼。

检测

非接触式工业传感器通常在提炼、采矿、化工、食品、肥皂和洗涤剂以及纸浆和造纸行业中使用伽玛辐射源，用于测量液位、密度和厚度。伽玛射线传感器也用于测量水和石油行业的流体水平。在美国，伽玛射线探测器开始被用于集装箱安全倡议计划的一部分。这些机器能够每小时扫描30个集装箱。

人体科学研究中发现修炼者具有的功可以产生广谱电磁辐射，其中包括伽玛射线。因为修炼者可以完全控制自己的功，包括伽玛射线在内的电磁辐射对修炼者自身还有周围环境都是有益的。由于不修炼的人一般是无法产生伽玛射线的，所以可以通过测量伽玛射线来确定功的存在。李洪志大师在《转法轮》中提到“现在的仪器可以测定红外、紫外、超声、次声、电、磁、伽玛射线、原子、中子。气功师都有这些物质，还有些气功师发出来的物质测定不了，没有仪器。“

伽玛射线光谱学

伽玛射线光谱学是研究原子核中能量跃迁的学科，这些能量跃迁通常与伽玛射线的吸收或发射相关。就像可见光光谱学一样，当伽玛射线的能量与原子核的能量跃迁相同时，伽玛射线被原子核吸收的概率特别高，这样的共振可以在光谱学技术中观察到。

伽玛射线天文学

天文观测发现的伽玛射线大多是由脉冲星、类星体、伽玛射线暴等高能天体产生的。脉冲星是一种中子星，能够产生接近光速的带电粒子。当这些粒子与附近的物质或磁场相互作用时会发射伽玛射线。类星体和我们银河系一样是一个星系，但是其中心的超大质量黑洞在大量吞噬周围的物质，同时释放巨大的能量，因此可以产生更强大的伽玛射线。一般认为类星体可以加速高能粒子并通过多种不同的辐射机制产生伽玛射线。伽玛射线暴则是宇宙中目前已知的最剧烈的天体巨变现象， 包括大质量恒星坍缩解体、中子星合并、磁星爆发等等现象。它爆发时可以成为可观测的宇宙中唯一最亮的伽玛射线源，在短时间内（短伽玛射线暴一般不到一秒，长伽玛射线暴可以持续几秒钟甚至更长时间）释放超过太阳一生能释放的能量总和。

伽玛射线暴示意图，宇宙中已知最剧烈的天体巨变现象

在高能中微子和引力波发现之后兴起的多信使天文学可以使用中微子和引力波等非电磁辐射信息探索宇宙。由于宇宙中可以产生高能中微子和强引力波辐射的天体很多都可以产生伽玛射线，伽玛射线天文学是多信使天文学的一个关键组成部分。然而很多可以产生多信使信号的天体直到近几年被观测到之前，一些科学家还固执的认为这些天体是不存在不可信的，正如很多人将自己无法理解的现象认为是迷信。实际上是被自己的观念束缚了才无法真正认识宇宙中的各种现象。