将干涉成像引入X射线系统 或能实现使用X射线对分子进行成像

汉伯里布朗和特维斯 ( HBT)干涉测量是一种通式测量方法,广泛应用于天文学、量子光学和粒子物理学等各个物理领域。通过测量两个探测器上光子到达时间的相关性作为光子空间分离的函数，HBT干涉测量法能够确定光源的尺寸和空间分布。

HBT效应是一种双光子干涉现象，当从源内不同点发射的两个无法区分的光子到达两个不同的检测器时，就会发生这种现象。当两个光子之间的时间间隔在光源的相干时间内时，就满足不可区分性条件。干涉效应，无论是建设性的还是破坏性的，都可以使用二阶相关函数g^(2)来量化，它描述了同时检测两个光子的概率作为它们空间分离的函数。如果到达时间长于相干时间，这将导致g^(2)中干涉条纹的对比度降低。

将HBT技术扩展到X射线领域一直是一个挑战，因为X射线激发的概率很低，X射线荧光的相干时间很短，尤其是对于重元素。这里的相关时间是由荧光态的寿命给出的。例如，在K元素的壳层中包含的具有低电压空位的铜原子的电子还原态的寿命典型地小于1fs。

另一个挑战是X射线脉冲的持续时间比光子的相干寿命长10倍钾α发射，它降低了干涉条纹的对比度。为了提高信号质量，研究人员在大约5小时内记录了5800万张二维荧光图像，这得益于探测器的高读出率和XFEL脉冲的高重复率。为确保样品不被脉冲损坏，旋转铜箔，使每个脉冲照亮一个新区域。尽管组合的荧光图像是各向同性的并且不包含结构信息，但构建的g^(2)显示干涉条纹达到三阶峰，与之前仅测量g^(2)中的零阶峰的研究相比，这是一个改进。通过使用迭代算法，研究人员成功重建了铜膜上两个激发点的大小（300nm）和间距（860nm）。

鉴于空间分辨率的显着提高，该技术最终可以在原子尺度上对生物分子和催化剂进行单粒子成像，并在具有足够时间分辨率的情况下表征它们的反应动力学。XFEL技术的不断进步也可能意味着荧光激发的光子饥饿过程可以通过亚飞秒脉冲实现。然而，这种方法需要大量的能量，因此不适合用于高功率激光器。这是因为在这种情况下，激光器的输出功率必须超过光子的寿命极限。

（编辑：银川站长网）

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