中子繞射

設想測繪一片森林的兩種辦法：一台相機，主要拍下枝葉繁茂的大樹；一具聲納，對每一根樹幹都同樣地發出回聲，連相機錯過的細瘦樹苗也不放過。X射線有點像那台相機，偏愛電子多的原子。中子繞射則是那具聲納——它散射於原子核心那個微小的原子核，因此對輕原子「聽」得和重原子一樣清楚。

想法是這樣的。中子是一種不帶電的粒子，而量子力學賦予運動著的中子一個波長。把它減速到合適的速度，這個波長便與原子間距相匹配，於是晶體會像繞射X射線那樣把中子束繞射成布拉格亮點。但由於中子是被原子核而非電子雲彈開的，它的散射強度在不同元素之間幾乎是隨機變化的——而且不會像電子雲的散射那樣在高角度處逐漸衰減。

它之所以重要，有兩大緣由。其一，中子能精確定位氫這樣的輕原子，並區分在X射線看來一模一樣的週期表上的相鄰元素。其二，中子自身帶著一枚微小的磁羅盤，因此會被材料的磁性排布所散射，揭示出原子小磁針的指向——這是X射線幾乎看不到的。誠實的提醒：中子束很弱，又只能來自反應堆或大型加速器，所以這類實驗需要大型設施、大塊樣品和耐心。