布鲁克海文国家实验室 艺术家对幽灵成像的解释
在这项研究技术中，科学家将x射线束(用粗粉色线表示)分成两股纠缠光子流(细粉色线)
这些光子流中只有一个穿过科学样本(由清晰的圆圈表示)，但两者都收集信息
通过分裂光束，被研究的样品只暴露在一小部分x射线剂量下
学分:布鲁克海文国家实验室 美国科学家
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能源部下属的布鲁克海文国家实验室已经开始在国家同步加速器光源二号(NSLS二号)上建造一台量子增强x光显微镜
这款开创性的显微镜由美国能源部科学办公室的生物与环境研究项目支持，将使研究人员能够前所未有地对生物分子成像
NSLS二号是美国能源部科学办公室的一个用户设施，研究人员在这里使用强大的x光来“观察”原子尺度下材料的结构、化学和电子组成
该设施的超强光已经使生物学发现成为可能，帮助研究人员揭示蛋白质结构，为各种疾病的药物设计提供信息——仅举一例
现在，通过利用x光的量子特性，NSLS二号的研究人员将能够在不牺牲分辨率的情况下成像更敏感的生物分子
虽然x光的高穿透力为成像研究提供了卓越的分辨率，但这种强光也会损坏某些生物样本，如植物细胞、病毒和细菌
低剂量x光研究可以保存这些样本，但成像分辨率会降低
NSLS二号的结构生物学项目经理肖恩·麦克斯威尼说:“如果我们成功地建造了一台量子增强x光显微镜，我们将能够以非常高的分辨率和非常低的x光剂量对生物分子成像。”
NSLS二号的量子增强x光显微镜将通过一种叫做鬼成像的实验技术实现这种非凡的能力组合
与典型的X射线成像技术(将单束光子(光的粒子)通过样本发送到探测器上)相比，鬼成像需要将X射线束分成两股纠缠光子流——只有一股穿过样本，但两者都收集信息
“一束流穿过样品，被一个探测器收集，该探测器以良好的时间分辨率记录光子，而另一束光子编码光子传播的确切方向，”安德烈·弗勒苏说，他是NSLS二号相干硬x光散射(CHX)光束线的首席光束线科学家，该显微镜将在那里开发
“听起来像是魔法
但是通过数学计算，我们将能够关联来自两束光束的信息
" 通过分裂光束，被研究的样品只暴露在一小部分的x光剂量下
由于未穿过样品的光子与穿过样品的光子相关，因此保持了全剂量x光束的分辨率
利用可见光的光子已经成功地开发了鬼成像技术，但是将这种技术转化为x光将是一项重大的科学成就
布鲁克海文实验室的量子增强x光显微镜是在NSLS二号的CHX光束线上开发的，选择它是因为它能够操纵x光源的相干性，使科学家能够根据需要调整鬼成像实验
CHX现有的设置也足够灵活，可以容纳新的先进设备，如分束器和新的探测器
NSLS二号将与布鲁克海文实验室和石溪大学的物理学家合作，整合这些复杂的仪器
布鲁克海文物理学家安德烈·诺姆罗特斯基说:“这些测量需要具有最佳时间分辨率的成像探测器，这是我们已经用于高能物理实验、量子天体测量等量子信息科学项目以及快速光学成像的东西。”
" 量子增强x光显微镜项目团队还将与布鲁克海文的计算科学倡议合作进行数据分析
实验室的生物部门正与NSLS二号合作，设计利用这种显微镜先进能力的实验
“我们在布鲁克海文的生物学同事很兴奋能给我们带来使用这种新仪器解决的复杂问题，”麦克斯威尼说
“在物理学、生物学和犯罪现场调查的参与下，我们为这个开创性的项目组建了一个优秀的团队
" “生物学和NSLS二号科学家之间的紧密合作关系将现实世界的科学问题和先进的能力结合在一起，为与美国能源部任务相关的问题提供了尖端的解决方案，”实验室生物系主席约翰·尚克林说
“这是一个双赢的局面
" 该团队计划在未来两到三年内逐步将新功能集成到CHX束线中
该项目将在展示分辨率低于10纳米的微米级物体的幻影成像后完成，目标是2023年
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