當材料科學家約瑟夫·邁克爾及其在新墨西哥州阿爾伯克基桑迪亞國家實驗室的團隊將他們的高功率電子顯微鏡對準聯邦調查局在2002年2月送來的炭疽孢子樣本時，他們有了兩個至關重要的發現：第一個證實了之前的發現，即郵寄給美國參議院辦公室和各媒體機構的（在9月11日恐怖襲擊後不久）炭疽桿菌孢子含有矽，一種用於將引起炭疽的孢子變成生物武器的物質。
但桑迪亞的下一個發現是聯邦調查局對神秘郵件進行調查的關鍵轉折點，這些郵件導致五人死亡，17人受傷，並促使數千名可能暴露於致命孢子的人服用強效抗生素，特別是環丙沙星（已知會刺激胃腸道並引起關節腫脹）。研究人員使用高度靈敏的透射電子顯微鏡（TEM）和掃描透射電子顯微鏡（STEM），得出了一個驚人的認識：矽是在炭疽桿菌樣本內部有機生長的，沒有新增任何東西來武器化孢子。“矽不在孢子的外部，”領導桑迪亞調查的邁克爾說，“而是結合在內部。”
正是這一關鍵資訊幫助聯邦調查局排除了恐怖組織是炭疽郵件幕後黑手的可能性，並促使該機構將注意力轉向美國政府實驗室，將其視為炭疽的可能來源。這一舉動最終導致該機構得出結論，美國陸軍傳染病醫學研究所（USAMRIID）的科學家布魯斯·艾文斯是罪魁禍首，該研究所是位於馬里蘭州德特里克堡的聯邦生物防禦研究實驗室，最初他曾協助調查。兩個月前，當檢察官準備指控他與郵件有關時，62歲的艾文斯自殺身亡。
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9/11後的恐慌
聯邦調查局局長羅伯特·穆勒三世，本週告訴眾議院小組，他計劃委託國家科學院審查該機構炭疽調查小組收集的證據，以消除人們對郵寄的炭疽來自艾文斯實驗室的任何剩餘疑慮，並結束七年前開始的案件，當時一批含有炭疽桿菌（導致炭疽病的細菌）的信件被髮送給包括《紐約郵報》和美國全國廣播公司新聞在內的幾家新聞機構。儘管只發現了寄給《郵報》和美國全國廣播公司的信件，但聯邦調查局得出結論，受汙染的信件還導致美國廣播公司新聞、哥倫比亞廣播公司新聞和2001年10月5日《國家問詢報》出版商美國媒體公司（總部位於佛羅里達州博卡拉頓）的圖片編輯羅伯特·史蒂文斯死亡。
炭疽感染在暴露後一週內開始，最初幾天會出現發燒、發冷、胸悶、全身不適和咳嗽等症狀，因為孢子被肺部吸收。最終，細菌會產生毒素，損害肺部並毒害血液，可能導致受害者陷入敗血性休克，導致器官衰竭，在許多情況下，會導致死亡。
到10月中旬，在參議員湯姆·達施勒（南達科他州民主黨）和帕特里克·萊希（佛蒙特州民主黨）的辦公室，以及不祥的資訊中也發現了充滿孢子的信封，包括：“你們無法阻止我們。我們有炭疽”和“你們害怕嗎？”包括哈特參議院辦公大樓、主要的郵政分發設施和美國食品和藥物管理局的幾個辦公室在內的華盛頓特區各處建築因擔心受到汙染而關閉。聯邦調查局在華盛頓特區地區測試了36個郵政設施（包括兩個郵政工人死亡的地方），在其中15個地方發現了孢子。哈特大樓直到2002年1月才重新開放。
調查調查人員
國會呼籲對聯邦調查局在炭疽案件上的工作進行調查。《洛杉磯時報》週二報道，在德特里克堡機構的前高階文職科學家彼得·賈林承認，七年前他告訴聯邦調查局高層，他認為他檢查過的炭疽孢子已被改造得更致命，這是他犯下的“誠實的錯誤”。
由於擔心恐怖組織或同情基地組織的國家可能參與其中，美國司法部在2001年末委託進行了一系列測試，以確定孢子是否塗有阻止它們聚集在一起的物質，從而使它們比正常情況下在空氣中停留的時間更長，從而增加吸入的可能性。
調查記者加里·松本在2003年11月刊的《科學》雜誌上寫道，在調查的早期，聯邦調查局似乎贊同這樣一種觀點，即只有先進的實驗室才能生產出用於參議院襲擊的材料。事實上，在2002年5月，為政府工作的16位科學家和醫生在《美國醫學會雜誌》上發表了一篇論文，將參議院炭疽粉末描述為“武器級”且異常：“孢子濃度高、粒徑均勻、靜電荷低、經過處理以減少聚集。”
此外，武裝部隊病理學研究所（AFIP）在2002年8月/10月通訊中報告說，質譜分析發現，在傳送給達施勒參議員的粉末中發現了二氧化矽，這種物質是幾十年來專業工程製造的細菌戰粉末中的主要成分。據松本說，人們認為二氧化矽的存在是為了防止炭疽孢子聚集，並使其更容易分散到空氣中，他還補充說，任何這種武器化的炭疽形式都“比未處理的孢子致命500倍以上”。
找到合適的技術
邁克爾說，當桑迪亞的研究人員在2002年2月開始他們的工作時，“我們像其他人一樣聽說孢子已被武器化了”，他曾提出研究在孢子外生長的任何材料的元素成分。
第一步是找到矽。邁克爾知道聯邦調查局的研究人員使用掃描電子顯微鏡（SEM）分析了樣本，該顯微鏡使用高能電子束掃描表面，並使用能量色散X射線光譜儀（EDS）進行分析，該光譜儀分析帶電電子撞擊物質後發射的X射線。但是在那時，沒有人用掃描透射電子顯微鏡（STEM）研究過它們，該顯微鏡透過樣本的一小部分傳輸聚焦電子束以形成影像，並且可以透過一次檢查幾個奈米（一奈米為4000萬分之一英寸）的孢子來提供成分資訊，比SEM能提供更高的解析度，邁克爾說。
這使桑迪亞的研究人員不僅可以檢測到外來物質（如二氧化矽）的存在，還可以確定其在孢子上或內部的位置。“在聯邦調查局看來，不僅微量元素的存在很重要，而且……[確定]……透過微量分析來確定這些元素在樣品中的位置也很重要，”與邁克爾一起研究樣本的桑迪亞材料科學家保羅·科圖拉說。
研究人員找不到任何方法可以將二氧化矽放置在孢子內部而不在孢子的最外層留下殘留物。（他們沒有發現。）相反，研究人員確定二氧化矽在孢子內部自然形成。在2002年3月僅對炭疽樣本進行了一個月的檢查後，邁克爾和他的團隊深信，與其他報告相反，襲擊中使用的炭疽沒有被武器化。
他們使用的一些樣本來自USAMRIID，該機構僱用了艾文斯和史蒂夫·哈特菲爾，另一位聯邦調查局追捕的政府科學家，但他最終被證明是一個死衚衕。（他在6月贏得與司法部$580萬和解協議時被洗清了罪名。）據邁克爾說，他和桑迪亞的其他研究人員從未直接與USAMRIID的任何研究人員合作，而是透過聯邦調查局獲得了他們測試的所有樣本。桑迪亞也沒有使用活炭疽；他們收到的所有樣本都首先由聯邦調查局進行了滅活或輻照。
邁克爾說，他聽到聯邦政府正在接近USAMRIID的一名科學家（艾文斯死於處方藥過量）時感到驚訝，但他“並不驚訝做這件事的人掌握了微生物學知識”。
最後，科學家們在桑迪亞破解了郵件背後的謎團。問題是，邁克爾說，他不得不對自己的發現保持沉默，這或許可以安撫一個仍在從9/11恐怖襲擊中恢復過來的不安的國家，直到聯邦調查局完成調查。“這一直是保羅和我最令人沮喪的事情之一，”邁克爾說。“我們知道答案，但不能告訴任何人。”