王哲：中子科學(xué)的探索者

□ 倪海波

王哲博士畢業(yè)時(shí)留影

俗話說(shuō)眼見(jiàn)為實(shí)，但有時(shí)外表看起來(lái)千差萬(wàn)別的東西，其實(shí)卻是由同一種元素構(gòu)成的，譬如金剛石與石墨。為什么兩者的物理性質(zhì)會(huì)相差甚遠(yuǎn)呢？這是因?yàn)槲镔|(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的性質(zhì)——兩種物質(zhì)中的碳元素的排列結(jié)構(gòu)并不相同。

如何才能觀察到物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)呢？中子散射就是一種強(qiáng)有力的探測(cè)手段。與光一樣，中子具有波粒二象性，既有波的性質(zhì)，可以反射、折射、衍射、吸收，也具有粒子的性質(zhì)，可以被散射等。中子由于不帶電，因而能比其他探測(cè)方式更為輕松地穿透物質(zhì)。而當(dāng)中子束打到被研究的樣品上時(shí)，大多數(shù)中子會(huì)不受任何阻礙地穿過(guò)樣品，但也有一些中子會(huì)與研究對(duì)象的原子核發(fā)生相互作用，從而改變其運(yùn)動(dòng)方向，向四周“散射”開(kāi)來(lái)。研究人員通過(guò)分析中子散射的軌跡、中子和物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)能量和動(dòng)量的變化，就能夠反推出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

早在20世紀(jì)五六十年代，加拿大麥克馬斯特大學(xué)的伯特倫·布羅克豪斯和美國(guó)麻省理工學(xué)院的克利福德·沙爾就分別開(kāi)始從事中子散射技術(shù)研究，并將這一技術(shù)運(yùn)用于凝聚態(tài)物理的研究，取得了重大成果。他們二人也因此共同被瑞典皇家科學(xué)院授予1994年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。瑞典皇家科學(xué)院在通報(bào)中說(shuō)，他們的貢獻(xiàn)在于：“沙爾幫助解答了原子在哪里的問(wèn)題，而布羅克豪斯幫助解答了原子在做什么的問(wèn)題”。

作為核科學(xué)的重要應(yīng)用之一，中子散射技術(shù)自發(fā)明以來(lái)，在研究高分子、固體物理、磁性材料、軟物質(zhì)和液體等方面均取得了輝煌成就，已成為物質(zhì)科學(xué)研究和新材料研究的重要方法，日益受到各國(guó)重視。……