如果让中子慢下来，它的波长与微观世界的原子和分子的尺度相当，可以作为一把观察微观世界的尺子，对微观世界进行测量，看它到底发生了什么，以及物质是如何运动的。
储祥蔷，中国工程物理研究院研究生院教授。如果大家学过初中物理，就会知道中子是原子核的重要组成部分，中子就是今天演讲的主角，它跟我们的生活息息相关。
大家知道二战最后是美国第一个研制出原子弹，后来投向日本的广岛，然后二战结束。
其实，当时法国和德国也掌握了原子弹技术，而且德国的技术并不比美国弱，他们领导研究原子弹的科学家是大名鼎鼎的海森堡，量子力学的奠基人之一。为什么德国掌握了技术，但是并没有像美国的曼哈顿计划那样成功研制出原子弹呢？那是因为在研制过程中，需要反应堆让中子足够慢化，才能够生产出核原料。让中子慢化的材料有两种，一种是重水，还有一种是碳。德国选择了重水，美国选择了石墨。
从理论上来说，重水的慢化效果更好，但是重水不容易获得，碳更容易获得，美国的第一个反应堆是由大科学家费米建造的，他用石墨作为慢化剂。
于是故事的结局出现了，德国的反应堆一直到二战结束都没有达到临界，也就是没有工作，但是美国的反应堆很快达到了临界，造出了原子弹。我们应该感谢中子，让我们现在生活在和平年代。如果德国第一个研制出原子弹，这个世界真的难以想象。
中子弹是一种核弹，但与原子弹、氢弹不同，它能够释放出大量的中子，而不是各种放射性物质。这样的好处是，它能够把对建筑和武器的破坏力减到非常小，但对生物的杀伤力非常强。中子弹所到之处，方圆十里片草不留。中子弹更有利于实战，如果我们要缴获敌人的根据地和坦克，可以只把敌军杀死，但是把坦克和根据地完好保存。中国的第一颗中子弹也是我们九院研制成功的。
中子的作用不仅仅是制造核武器。二战后，大科学家费米开始考虑中子可不可以应用于科研，之后几十年，很多科学家致力于这方面的研究。其中有两个科学家，一个叫Shull，一个叫Brockhouse，因为他们在中子散射方向做出了重大贡献，获得了1994年的诺贝尔物理学奖。
中子散射有很大的用处。这两张照片是分别用X射线和中子散射的方式给南北朝时期的同一个佛像拍摄的。可以看出，我们用中子可以看到X射线看不到的东西——中子散射可以拍到佛像中间有一根柱子，但是X射线是看不到的。
这是因为中子不带电，所以它对物质的穿透力非常强，而且它对生命体比如说木头里面含有的碳、氢、氧这些元素更敏感。利用中子的这个特性，我们可以研究南北朝时期佛像塑造的一些工艺。还有一些其他的例子，比如我们可以利用中子的穿透性了解恐龙化石的三维结构。
X射线是跟物质里的电子发生作用，像金属元素，它周围的核外电子非常多，X射线跟它们发生反应的概率更大，所以它能够看到金属或人体的骨头。中子不带电，可以直接和原子核相互作用，它反而可以和人体中富含的碳、氢、氧这些元素更好地发生反应。利用中子的这些特性，非常有利于我们研究生物相关的课题。
现在中子散射在各门学科都有应用，比如物理、化学、生物、材料方面。我今天讲的给蛋白质拍电影就是在生物方面的应用，中子对碳、氢、氧看得更清楚。我们都知道生命体是由很多蛋白质组成的，很多生物学家认为这些蛋白质的结构和功能是相关的，所以生物学家需要给蛋白质拍照片。但是因为蛋白质在不停地运动，而且运动的整个过程更能体现它的功能，所以给蛋白质拍电影是更重要的一个研究方向。
蛋白质真实运动的时间尺度其实是非常快的，大概是10^-12到10^-9秒这样的量级，一般的摄像机或显微镜是拍不到的。但是，我们利用中子散射可以看到蛋白质是怎样运动的。中子打到样品，蛋白质等都可以作为样品，中子经过样品以后发生散射，散射之后还是中子，它的能量和动量可能发生了变化，携带了样品的一些微结构信息，然后就被探测器探测到。
获得中子并不是一件简单的事。因为中子在原子核里，要从原子核里面把它打出来并不是件容易的事，这就是为什么并不是每一个学校都配备有中子源的原因，实际上全世界的中子源都不多。世界上主要的开放中子源主要分布在发达国家，因为它的造价非常高。我们看到中子源主要分布在美国、欧洲、日本、中国、澳大利亚也都有分布。中国一共有三台中子源，其中最重要的、用得最多的就是反应堆中子源。
中国的三台中子源里面有两台是反应堆中子源，世界上大部分的中子源也都是反应堆中子源。反应堆中子源的照片，因为水是一种很好的中子吸收剂，所以一般的反应堆中子源都是放在类似游泳池的地方，北京就有一个反应堆中子源。另一个反应堆中子源在绵阳，叫中国绵阳研究堆。离我们最近的一个中子源就在北京，在房山的原子能院。
另外一种中子源叫散裂中子源。因为中子不带电，所以我们把质子加速到非常高的能量，用它轰击靶核，瞬间产生大量的中子。散裂中子源的造价比较高，全世界正在运行的只有4台，美国散裂中子源是第一台。第四台是中国的散裂中子源，在广东东莞，2018年刚刚建成开始运行，现在已经开始接收用户。
我的主要工作是用中子散射给蛋白质拍电影。给大家举几个例子，第一个例子跟生命起源有关。我的合作伙伴用它来打捞海底的一些古菌。我们发现这种条件跟生命起源的严苛条件非常接近，如果研究这种生物是如何生存的，就有利于我们研究生命起源的条件是怎样的。
我对一种蛋白质非常感兴趣，就给他写信说能不能给我提供一些蛋白质，用于中子散射实验。他给我寄了好几克蛋白质过来。我们做了一系列的中子散射实验，得到了一些有趣的结论。大家应该都看过小说《三体》，里面有冬眠的情节，现在也有很多尝试冷冻人体，但是效果都不是特别好，其中最大的一个技术难点就是结冰。
所以想绕过结冰这个问题是非常难的，如果我们能够解决这个问题，利用抗冻蛋白还是非常令人兴奋的计划。纳米金刚石是直径大概5纳米的球，在医学上面可以用来对药物进行癌症的靶向治疗。科学家们做靶向治疗肿瘤的小鼠实验，发现没有吃药的和吃了药的小鼠治疗效果都不好，吃了药的效果甚至更差。
但是纳米金刚石有一个特征，它能够把药物吸附在它的表面，帮助药物穿过细胞膜，进入癌症细胞的内部，然后进行靶向治疗。实验结果显示，临床上看到肿瘤的确小了很多。我们关注的是：药物被纳米金刚石吸附在表面之后，药性会不会发生变化？我们用中子散射结合计算机模拟的方法，看这个药物在纳米金刚石表面会发生什么变化。
目前与量子相关的大部分都是伪课题。但是量子生物学这个学科真的存在。
我们发现用中子研究量子生物学有非常大的优势，因为中子本身就是量子，而且中子可以研究物质的磁的性质。生物学家发现，有些鸟具有磁导航能力，比如信鸽能够根据地磁寻找到方向。所以蛋白质对于磁场的感应，也许就是量子的一个效应。希望我们未来可以用中子散射推进量子生物学的发展。中子散射这个领域在国内刚刚发展起来，知道的人并不多，特别是用中子散射来研究生物，在国际上都是新兴的领域。希望大家知道我们，关注我们。