三種探針，同一個遊戲
到目前為止，所有內容用的都是 X 射線，但衍射這個遊戲並不在乎你拿哪種波來玩——只要這種波細到約等於原子間距就行。有三種探針都合格，而實驗室裡這三種全都在用。一種是 X 射線，它是光的波紋；一種是中子，來自原子核內部的中性粒子；還有一種是電子，那種圍著原子蜂擁而動的帶電小粒子。它們在跑得足夠快時，每一種都貨真價實地是一種波，並且每一種都服從你已經學過的、那同一套布拉格和勞厄規則。
那麼，既然它們都按同一套規則行事，何必還留著三種探針？因為每一種都對另外兩種看得分明的某樣東西*視而不見*。挑選探針的全部門道，歸結為一個問題：你最想觸摸晶體的哪一部分——電子雲、原子核、磁性，還是僅僅一粒微觀的碎屑？本講餘下的內容，就是帶你逐一參觀這些盲點與「甜點」，好讓你知道：面對某個問題，該去預約哪一束。
X射線：數電子
[[x-ray-diffraction|X 射線衍射]]是日常的主力——便宜，任何實驗室都有，而且對付大多數晶體都極為出色。理解它「看見什麼」的鑰匙在這裡：X 射線是被每個原子周圍的*電子*散射的。所以一個原子現身的強弱，正比於它擁有多少電子。像鉛這樣滿身電子的重原子，把 X 射線散射得燦爛奪目；而像氫這樣只有一個孤零零電子的輕原子，則幾乎隱形。X 射線實際上是在數電子。
由於每個原子的電子構成的是一小團雲、而非一個硬邦邦的點，所以原子散射的強度會隨著衍射角增大而漸漸淡去。這種隨角度溫和淡去的行為，由一個叫做[[form-factor|形狀因子]]的量來刻畫——它本質上是原子那團散射雲形狀的「指紋」。它的公式你不必管；只要記住這個想法：形狀因子說的是*單個原子貢獻了什麼*，這還在我們去問整塊晶體怎樣排佈這些原子之前。
中子：觸摸原子核，也觸摸磁性
[[neutron-diffraction|中子衍射]]用一雙截然不同的眼睛看晶體，而這恰恰是它珍貴的原因。中子不帶電荷，所以它會徑直從電子雲中穿過，轉而從那個小小的原子*核*上彈回。後果妙極了。輕原子不再隱形——氫，這個 X 射線的大盲點，能把中子散射得相當好，所以要在水、冰、蛋白質和電池材料裡給氫原子定位，中子是首選工具。
中子還能區分那些被 X 射線攪成一團、彼此相鄰的元素——比如鐵和它的鄰居——因為核散射的強弱，並不像「數電子」那樣沿著元素週期表整整齊齊地往上走。還有一項額外好處：中子自帶一塊小小的內置磁鐵，所以它也會對原子的磁性排佈有反應。我們正是靠中子來繪出磁體內部的磁性指向。可代價高昂：你沒法買一瓶中子。它們來自核反應堆或巨型加速器，所以做中子實驗，意味著要朝聖般跑到屈指可數的幾個國家級大設施之一，而機時貴如黃金。
留意這份可愛的互補。X 射線數電子，於是把重原子照得通亮；[[neutron-diffraction|中子衍射]]從原子核上彈回，於是救回了 X 射線丟失的那些輕原子，還額外捎上了磁性。把*同一塊*晶體在兩者中都過一遍，你就得到兩幅視角，二者合在一起，能釘死任何單獨一個都釘不住的東西。晶體學家無時無刻不在這麼做——這兩種探針是搭檔，而非對手。
電子：樣品微小，散射強勁
[[electron-diffraction|電子衍射]]讓這三人組圓滿。電子帶電，所以它和原子核、以及周圍電子的相互作用都*非常*強烈——比 X 射線強得多。這種強勁是一把雙刃劍。好的一面是，電子散射得如此踴躍，以至於你只需要一丁點小到幾乎不見的材料碎屑——一粒小到根本沒法裝進 X 射線機器的微塵——而且你可以在電子顯微鏡裡完成這件事，對同一粒微塵，一舉既拿到衍射圖案、又拿到放大的圖像。
陰暗的一面是，電子的相互作用*太*強了，以至於它幾乎鑽不進去——只能探到薄薄一層表面或極薄的一片——而且單個電子在穿過的途中可能散射好幾次，這就把那幅簡單的布拉格圖像攪渾了。所以論微小或超薄的樣品、論表面，電子無可匹敵，但要精確測量一塊大塊晶體，X 射線和中子仍是更乾淨的尺子。老實的總結是：根本沒有哪一種探針最好，只有針對某個問題最對路的那一種探針。
當你長不出大晶體時：粉末衍射
上面這一切，都假定你手裡有一塊漂亮的大單晶可以轉動。可你常常沒有——你有的是一撮粉末，是數不清的、朝著四面八方的微觀晶粒堆在一起。出人意料的是，這並非災難；它本身就是一種技術，叫做[[powder-diffraction|粉末衍射]]。因為那些小晶粒同時朝著所有方向，所以無論樣品怎麼擺，對每一組薄片來說，總*有一些*晶粒正好處在合適的布拉格角上。
結果就是，單晶那些銳利的光斑，會被抹成一組同心圓環，或者——沿著某一次角度掃描來測的話——抹成一排峰。你失去了方向資訊（你說不出每一組薄片當初朝著哪個方向），但你保住了那些間距，而這往往正是你鑑定一種物質或檢查它純度所需要的全部。粉末衍射是材料實驗室、藥品質量控制、乃至法醫科學裡那位不聲不響的英雄。
而且它對三種探針都管用：有 X 射線粉末衍射、中子粉末衍射，甚至還有電子版本。你可以把它看成這門技術裡最「平民化」的形式——你不需要長出一塊完美無瑕單晶所要的那份稀有運氣和耐心，只要一撮粉末就行。可代價是實打實的：當材料複雜起來，圓環會彼此重疊，所以對最苛刻的結構，人們仍會卯足勁去長單晶。一如既往，這個選擇是在「你手裡有什麼」和「你需要知道什麼」之間的權衡。