的信用：ZIXI HU，UC BERKELEY数学家。能源研究的高级数学中心应用劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的Ons（相机）开发了一种在高复杂的X射线光子相关光谱（XPC）中观察到的X射线散射图案的大型复杂系统中的扭曲颗粒的旋转动力学的数学算法。实验
这些实验旨在研究胶体，大分子和聚合物的悬浮液和溶液的性能 - 已被建立为许多持续的连贯光的关键科学司机所以在U
中发生的URCE升级S
能源（DOE）
通过ZIXI HU，Jeffrey Donatelli和詹姆斯的相机团队开发的新数学方法索斯，有可能揭示关于复杂材料的功能和性质的更多信息，而不是以前可能的
悬浮液中的颗粒经历布朗运动，在移动（翻译）和旋转时摇晃（旋转）
这些随机波动的尺寸取决于材料的形状和结构，并包含有关动态的信息，跨分子生物学，药物发现和材料科学的应用XPCS通过聚焦X射线的光束以捕获悬浮液中的光散射颗粒
[1图23是探测器拾取所产生的散斑图案，其包含在编码关于观察系统的动态的信息中的几个微小波动以利用这种能力，即将到来的伯克利即将到来的相干光源升级实验室的先进光源（ALS），Argonne的先进光子源（APS）和SLAC的LinaC相干光源都是计划一些世界上最先进的XPCS实验，利用前所未有的连贯性和亮度
但是一次您从所有这些图像中收集数据，您如何从中获取任何有用的信息？从xpcs提取动态信息的主力技术是计算所谓的时间自相关，这可以测量像素的方式在散斑图案之后在一定时间的变化之后改变
自相关函数将静止图像缝合在一起，就像旧时间电影一样，与密切相关的明信片拍摄到
电流一样算法主要受限于提取平移运动;想到从点跳到斑点的Pogo棒
但是，没有先前的算法能够提取关于结构旋转和旋转信息的旋转扩散信息的信息，这对于了解A的功能和动态特性至关重要。物理系统
到达这个隐藏信息是一个重大挑战
当专家在2019年2月举行XPC的相机研讨会中，扭曲光明的突破来探讨了该领域的关键新兴需求
提取旋转扩散是一个关键目标，而胡同伯克利数学研究生; Donatelli，相机领先数学;兄弟们，UC Berkeley和相机导演的数学教授，在
的结果上，他们的工作结果是提取旋转信息的强大新的数学和算法方法，现在在2D和易于缩放到3D
以非常少量的图像（小于4,000），该方法很容易预测SimulatED旋转扩散系数到几个百分点
算法的细节于8月18日公布了国家科学院的法律程序
关键的想法是超越标准的自相关函数，而是寻求有关角度互相关函数中包含的旋转旋转的额外信息，其比较了像素在时间和空间中的变化如何
这是数学复杂性的主要跳跃：简单的数据矩阵变成4路数据张量，与这些张量的旋转信息相关的理论涉及高级谐波分析，线性代数和张量分析
将所需的旋转信息与数据相关联，Hu开发了一种高度复杂的数学模型描述了从该新复杂的方程组中作为旋转动态的函数的角度相关性的表现如何
“”有很多分层的谜团来解开，以建立一个良好的数学和算法框架来解决问题，“Hu
”“有与静态结构有关的信息和动态属性，并且这些属性需要系统地被利用以构建一致的框架
在一起，它们呈现在一起编织许多数学思想的好机会
通过乍一看似乎非常嘈杂的方式获得这种方法非常嘈杂
“但是解决了这套方程式为了恢复旋转动态是cha因为它包括几个不同类型的数学问题，难以一次解决所有
解决这一挑战，而在唐纳特利早期在多层迭代预测上工作的团队（M-tip ），旨在解决目标是找到产生观察到的输出的输入的复杂逆问题
m-tip的想法是使用最佳的反转/伪inversion将复杂的问题分解为子部分。您可以为每个子部分迭代这些子弹，直到它们收敛到解决问题的所有部分的解决方案
胡锦涛和他的同事们采取了这些想法并建立了一个姐妹方法，“相关的相关估计光谱学（M-TECS），“解决复杂的分层组通过系统名词的方程
“关于M-TECS方法的强大的事情是它利用问题可以分离成高维线性部件和低维度非线性和非凸零件的事实他们自己拥有有效的解决方案，但如果它们立即得到解决，他们会变成一个非常困难的优化问题，“Donatelli
”这是一个使M-TECS有效地确定旋转的东西来自这种复杂的方程式系统的动态，而标准优化方法在收敛性和计算成本方面遇到麻烦
“向新实验打开门”XPC是一种强大的技术，可以突出突出als升级
这项工作开辟了XPC的新维度，并使我们允许我们探讨复杂材料的动态，例如水通道内的旋转分子，“Alexander Hexemer，用于在ALS计算的节目领导赢得了UC Berkeley的Bernard Friedman奖这项工作的胡锦涛，已加入伯克利实验室的计算研究课程的相机部分 - 作为其最新成员
“这种数学和算法共同设计是良好应用数学的标志，其中新的数学在解决科学探究的最前沿在解决实际问题方面发挥了关键作用，“赛斯队
相机团队目前正在使用ALS和AP的Beamline Scients和AP设计新的XPCS实验可以充分利用团队的数学研究新的旋转动力学性质的Itical and算法方法来自重要材料的新旋转动态性质
该团队还在延长其数学和算法框架工作，以从XPC恢复更多一般类型的动态特性，以及应用这些方法其他相关性成像技术
这项工作得到了相机支持，由先进的科学计算研究和基本能源科学办公室共同资助，在于U
能源科学办公室
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