三种探针，同一个游戏
到目前为止，所有内容用的都是 X 射线，但衍射这个游戏并不在乎你拿哪种波来玩——只要这种波细到约等于原子间距就行。有三种探针都合格，而实验室里这三种全都在用。一种是 X 射线，它是光的波纹；一种是中子，来自原子核内部的中性粒子；还有一种是电子，那种围着原子蜂拥而动的带电小粒子。它们在跑得足够快时，每一种都货真价实地是一种波，并且每一种都服从你已经学过的、那同一套布拉格和劳厄规则。
那么，既然它们都按同一套规则行事，何必还留着三种探针？因为每一种都对另外两种看得分明的某样东西*视而不见*。挑选探针的全部门道，归结为一个问题：你最想触摸晶体的哪一部分——电子云、原子核、磁性，还是仅仅一粒微观的碎屑？本讲余下的内容，就是带你逐一参观这些盲点与“甜点”，好让你知道：面对某个问题，该去预约哪一束。
X 射线：数电子
[[x-ray-diffraction|X 射线衍射]]是日常的主力——便宜，任何实验室都有，而且对付大多数晶体都极为出色。理解它“看见什么”的钥匙在这里：X 射线是被每个原子周围的*电子*散射的。所以一个原子现身的强弱，正比于它拥有多少电子。像铅这样满身电子的重原子，把 X 射线散射得灿烂夺目；而像氢这样只有一个孤零零电子的轻原子，则几乎隐形。X 射线实际上是在数电子。
由于每个原子的电子构成的是一小团云、而非一个硬邦邦的点，所以原子散射的强度会随着衍射角增大而渐渐淡去。这种随角度温和淡去的行为，由一个叫做[[form-factor|形状因子]]的量来刻画——它本质上是原子那团散射云形状的“指纹”。它的公式你不必管；只要记住这个想法：形状因子说的是*单个原子贡献了什么*，这还在我们去问整块晶体怎样排布这些原子之前。
中子：触摸原子核，也触摸磁性
[[neutron-diffraction|中子衍射]]用一双截然不同的眼睛看晶体，而这恰恰是它珍贵的原因。中子不带电荷，所以它会径直从电子云中穿过，转而从那个小小的原子*核*上弹回。后果妙极了。轻原子不再隐形——氢，这个 X 射线的大盲点，能把中子散射得相当好，所以要在水、冰、蛋白质和电池材料里给氢原子定位，中子是首选工具。
中子还能区分那些被 X 射线搅成一团、彼此相邻的元素——比如铁和它的邻居——因为核散射的强弱，并不像“数电子”那样沿着元素周期表整整齐齐地往上走。还有一项额外好处：中子自带一块小小的内置磁铁，所以它也会对原子的磁性排布有反应。我们正是靠中子来绘出磁体内部的磁性指向。可代价高昂：你没法买一瓶中子。它们来自核反应堆或巨型加速器，所以做中子实验，意味着要朝圣般跑到屈指可数的几个国家级大设施之一，而机时贵如黄金。
留意这份可爱的互补。X 射线数电子，于是把重原子照得通亮；[[neutron-diffraction|中子衍射]]从原子核上弹回，于是救回了 X 射线丢失的那些轻原子，还额外捎上了磁性。把*同一块*晶体在两者中都过一遍，你就得到两幅视角，二者合在一起，能钉死任何单独一个都钉不住的东西。晶体学家无时无刻不在这么做——这两种探针是搭档，而非对手。
电子：样品微小，散射强劲
[[electron-diffraction|电子衍射]]让这三人组圆满。电子带电，所以它和原子核、以及周围电子的相互作用都*非常*强烈——比 X 射线强得多。这种强劲是一把双刃剑。好的一面是，电子散射得如此踊跃，以至于你只需要一丁点小到几乎不见的材料碎屑——一粒小到根本没法装进 X 射线机器的微尘——而且你可以在电子显微镜里完成这件事，对同一粒微尘，一举既拿到衍射图案、又拿到放大的图像。
阴暗的一面是，电子的相互作用*太*强了，以至于它几乎钻不进去——只能探到薄薄一层表面或极薄的一片——而且单个电子在穿过的途中可能散射好几次，这就把那幅简单的布拉格图像搅浑了。所以论微小或超薄的样品、论表面，电子无可匹敌，但要精确测量一块大块晶体，X 射线和中子仍是更干净的尺子。老实的总结是：根本没有哪一种探针最好，只有针对某个问题最对路的那一种探针。
当你长不出大晶体时：粉末衍射
上面这一切，都假定你手里有一块漂亮的大单晶可以转动。可你常常没有——你有的是一撮粉末，是数不清的、朝着四面八方的微观晶粒堆在一起。出人意料的是，这并非灾难；它本身就是一种技术，叫做[[powder-diffraction|粉末衍射]]。因为那些小晶粒同时朝着所有方向，所以无论样品怎么摆，对每一组薄片来说，总*有一些*晶粒正好处在合适的布拉格角上。
结果就是，单晶那些锐利的光斑，会被抹成一组同心圆环，或者——沿着某一次角度扫描来测的话——抹成一排峰。你失去了方向信息（你说不出每一组薄片当初朝着哪个方向），但你保住了那些间距，而这往往正是你鉴定一种物质或检查它纯度所需要的全部。粉末衍射是材料实验室、药品质量控制、乃至法医科学里那位不声不响的英雄。
而且它对三种探针都管用：有 X 射线粉末衍射、中子粉末衍射，甚至还有电子版本。你可以把它看成这门技术里最“平民化”的形式——你不需要长出一块完美无瑕单晶所要的那份稀有运气和耐心，只要一撮粉末就行。可代价是实打实的：当材料复杂起来，圆环会彼此重叠，所以对最苛刻的结构，人们仍会卯足劲去长单晶。一如既往，这个选择是在“你手里有什么”和“你需要知道什么”之间的权衡。