中子是我们世界的基础粒子之一，如果没有被发现，那它应该被发明。童欣，中国散裂中子源科学中心研究员，在格致论道第105期上分享了他的研究。他提到，中子是一个非常小的粒子，宇宙万物基本上都由原子组成，原子的内部有一个很小的东西叫原子核，原子核里就存在着很多很小的中子。童欣的研究就是使用一些方法产生这些中子，然后利用极化中子做磁性的研究。
他还提到，中子被强相互作用力束缚在原子核里，如果我们用一个能量很高的带电粒子去轰击这个原子核，就可以把它击碎。击碎了之后，我们就可以利用这种脱离原子核束缚的中子作为一种探针去研究微观的世界。利用中子作为探针去研究微观的世界已经有接近80年的历史了。在1944年，欧内斯特·沃兰首次提出利用中子散射技术去研究微观原子的结构，也就是原子是如何排列的。
接下来的十几年中，沃兰和他身后站着抽烟斗的科学家克利福德·沙尔进行了大量的最前期的中子实验，获得了很多珍贵的实验数据。到1994年，有两位科学家获得了物理学的诺贝尔奖，左边这位是沙尔，右边是加拿大的一位科学家伯特伦·布罗克豪斯。诺奖委员会表彰了沙尔利用中子研究原子的位置，以及布罗克豪斯利用中子研究原子的行为。而这些之所以能做到，和中子的特点是息息相关的。
在所有的物质当中，原子是一个一个排在一起的，原子之间的距离大概是10的
-10次方
米左右，我们叫埃。要测量这么小的距
离，我们必须要用一个小小的尺子，而刚好中子的波长就是埃这个量级，所以这个尺子就是中子。同样的，中子的能量是毫
电子伏，也可以研究原子是如何移动的。
还有一个很重要的点就是，中子带有磁性，可以被极化，这就涉及到我的研究领域了。利用中子探针，沃兰和沙尔第一次确认了反铁磁的结构，中子打在这个材料的某一个特殊方向上会有一个很强的反铁磁信号，揭示出里面原子的磁结构是向上或
向下的，整体呈现没有磁性的状态。用布罗克豪斯的话总结就是：“
中子是我们世界的基础粒子之一，如果没有被发现，那它应该被发明
。”中子就是这么重
要。
我在读博士期间就对中子探针很感兴趣。在博士毕业之后，我来到美国橡树岭国家实验室美国散裂中子源。这是美国在2006年投资14亿美元建设的一个大科学装置，目的是为了产生中子，并且利用中子作为探针去研究微观的世界。我在这里工作了十年零一个月。中子像一个个小磁铁，在一束中子中方向是杂乱无章的。但是如果我有一种方法能够把所有的中子排列地很好，它就是极化的中子束。
利用极化的中子束，我们就可以看到非常复杂的原子内部的微观的磁性以及它的变化。这幅图给出的是磁力线。大家都知道，磁场旁边是有磁力线的，但是磁力线看不见、摸不着。我们利用极化中子，就可以对
磁力线进行很好的观测以及表征。我在橡树岭的时候，负责产生极化中子的装置、运输极化中子的平台以及整个实验和应用设施的搭建。左图是我搭建的极化中子实验的平台，右图是一系列极化中子相关的设备，有一些是产生极化中子的，有一些是运输极化中子的，还有有一些是用来分析极化中子的极化方向的。利用这些设备，我们做了大量的工作。
在2018年9月，我回到祖国，加入了中国科学院高能物理研究所的东莞分部。在东莞市的大朗镇，我们建设了华南区目前唯一的国家大科学装置——中国散裂中子源。在这个中子源里，我们利用散裂的技术产生了大量的中子，并利用这些中子研究微观的物质及其动力学。我在散裂中子源的工作是搭建极化中子产生以及应用的平台。
在过去五年，我完成了极化中子全链条的研发工作，包括了一些核心技术和元件的研发和制备，以及利用我们自己研制的设备和技术去做一些前沿科研的应用。其中有一个关键核心器件是一个特殊的气室，里面是一个玻璃容器，灌有一些气体。我们可以看到，非极化中子束经过这个
气室之后，出来的就是极化中子束。在我回来之前，我们国家还没有能力去做这样特殊的气室。但是经过长时间不断探索、
调整工艺，最终我们在东莞的散裂中子源成功制作出了这些特殊的气室。这个工艺非常困难，我们经过十次、百次的试错最终才完成，并填补了此前的空白。利用自己研制的这些设备以及技术，我带领团队建成了我们国家首个极化中子实验装置，目前这个实验装置就安在中国散裂中子源的一个中子终端上。
这些都是非常基础的研究，大家可能会好奇，这些研究和我们的生活到底有什么相关的地方？我给大家举两个很简单的例
子，第一个例子就是研究磁存储材料。我们现在所有电子产品的存储材料都是一个一个很小的磁铁，它就是一个反铁磁的磁铁，每一个磁性的改变，从上往下就是0
到1的一个
比特
的改变。在过去四五十年当中，利用极化中子测量巨磁阻，可以知道不同巨磁阻材料的分布是不是非常好的反铁磁，它是否是一个旋转的磁铁，以及它每一层的厚度和分布。这个厚度非常重要，我们所谓的纳米技术3纳米、5纳米、7纳米，很大程度上指的就是每一个
比特
中间隔的厚度。这是极化中子技术做出来的基础科研。
另外一个可能的贡献就是超导。这是电影《阿凡达》的剧照，所有悬浮在天空中的山都是由室温超导体所组成的。室温超导
体是所有科学家梦寐以求的材料，我们目前还做不到，但是我们希望能够朝着这个方向走。一个目前不能超导的材料，我们通过其他材料的调控手段，是不是有办法让它变成超导？这些最基础的科学问题都是需要利
用极化中子来研究的。事实上，在过去几十年当中，利用极化中子去做中子散射研究，已经成为研究超导体最重要的手段之
一。我相信，随着极化中子技术的发展，未来它必定会为超导体乃至材料科学的发展和进步贡献更多的力量。