科学家设计新型X射线显微镜 对分子进行“幽灵成

美国布鲁克海文国家实验室（BNL）的工程师们最近推出了一款新型X射线显微镜，这款显微镜的设计可谓独树一帜，它巧妙地运用了量子物理学的深奥原理，对生物分子进行低辐射伤害的高分辨率“幽灵成像”。

在标准的X射线显微镜中，光子穿过样品，然后由探测器接收成像。这种方法的辐射剂量对敏感样品如病毒、细菌和一些细胞造成损害。虽然降低辐射剂量是一种解决方案，但这往往会导致图像分辨率的降低。BNL的工程师们找到了一个能够平衡低辐射和高分辨率的奇妙方法——利用量子纠缠现象。

这款新型量子增强型X射线显微镜运用了一种奇怪的分光技术。它不再仅仅依赖于一束光子穿过样品进行成像，而是将光束分成两半，其中只有一半真正穿过样品。神奇的是，即便只有一半的光束穿过样品，两束光的信息都可以被测量。这一切都归功于量子纠缠现象，这种现象让两个粒子间信息的传递超越了光速的限制，甚至让爱因斯坦也感到困惑。

在新型X射线显微镜中，通过分束器产生纠缠的光子对。其中一个光子穿过样品并被探测器记录。但这个光子的状态变化会立即通过量子纠缠影响它的伙伴光子，即使它还没有接触到样品。当它的伙伴光子被自己的探测器接收时，就可以从中获取额外的信息。这个过程被称为“幽灵成像”，迄今为止，它仅在可见光的光子中得到了应用。

这款新的显微镜将首次将幽灵成像技术适应于X射线领域，可以在不破坏样品的前提下，捕获小于10纳米样品的图像。随着设计和概念的完善，这款新型X射线显微镜将在美国国家同步辐射光源II（NSLS-II）建造，计划于2023年开始运行。一旦建成并投入使用，它将成为一种革命性的工具，为生物医学研究和材料科学带来前所未有的可能性。它将使我们能够以前所未有的高分辨率观察和分析各种样品，从而更好地理解生命的奥秘和物质的本质。这将是一个融合了前沿科技和深度创意的杰出成就。