中子衍射

设想测绘一片森林的两种办法：一台相机，主要拍下枝叶繁茂的大树；一具声呐，对每一根树干都同样地发出回声，连相机错过的细瘦树苗也不放过。X射线有点像那台相机，偏爱电子多的原子。中子衍射则是那具声呐——它散射于原子核心那个微小的原子核，因此对轻原子“听”得和重原子一样清楚。

想法是这样的。中子是一种不带电的粒子，而量子力学赋予运动着的中子一个波长。把它减速到合适的速度，这个波长便与原子间距相匹配，于是晶体会像衍射X射线那样把中子束衍射成布拉格亮点。但由于中子是被原子核而非电子云弹开的，它的散射强度在不同元素之间几乎是随机变化的——而且不会像电子云的散射那样在高角度处逐渐衰减。

它之所以重要，有两大缘由。其一，中子能精确定位氢这样的轻原子，并区分在X射线看来一模一样的周期表上的相邻元素。其二，中子自身带着一枚微小的磁罗盘，因此会被材料的磁性排布所散射，揭示出原子小磁针的指向——这是X射线几乎看不到的。诚实的提醒：中子束很弱，又只能来自反应堆或大型加速器，所以这类实验需要大型设施、大块样品和耐心。