中子的磁性

　　在基本粒子的磁现象中，又一个受到关注的问题是，为什么中子没有电荷却有磁性？而且其磁性还得到重要的应用。在一般情况下，磁现象与电现象总是同时存在，而且互相影响的。例如，电荷运动形成的电流总要相伴地产生磁场，而磁场变化时又会由电磁感应产生电动势。

　　中子的磁性是怎样来的？从现代基本粒子结构的研究知道，中子并不是不可分的基本粒子，而是由3个更基本的夸克粒子(简成夸克)组成的。现在通过许多的实验和理论研究已经知道，共有6种夸克，称为上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克。夸克又称层子，表示物质是由许多层次的基本粒子构成的，层子是其中一个层次的基本粒子。每种粒子又都有其电荷和磁矩。中子是由1个上夸克和2个下夸克组成的，而每种夸克各有其电荷和磁矩，这样使中子的总合电荷为零(0)，而总合磁矩却不为零(0)，因为中子是一种具有强相互作用的强子，同由强子、质子和中子构成的原子核有强相互作用，因而可利用来测量晶态物质的原子(含原子核)的分布状态的晶体结构，称为中子衍射晶体结构分析。又因为中子具有磁矩而没有电荷，可利用中子磁矩同晶态物质的原子磁矩的磁相互

图1　反铁磁物质氧化锰 在80K和293K的中子衍射谱

作用来测量晶态物质的原子磁矩的分布状态(称为磁结构)，并不受物质中电荷的影响，称为中子衍射磁结构分析。这样便可以利用中子衍射同时进行晶体结构分析和磁结构分析。图1所示反铁磁氧化锰(MnO)，在80开(K)的反铁磁(磁有序)态和在室温293开(K)的顺磁(磁无序)态的中子衍射谱。这是因为氧化锰(MnO)的反铁磁-顺磁转变温度(称为奈尔湿度)为120开(K)，在这转变温度以下为原子磁矩有序排列的反铁磁态，故在80开(K)的低温度出现反映反铁磁态的中子衍射谱；而在这转变温度以上为原子磁矩无序排列的顺磁态，故在293开(K)的室温出现反映反铁磁态的中子衍射谱。可以看出同时具有反映反铁磁有序的磁结构和晶体结构的中子衍射谱是比只有晶体结构而无磁结构的中子衍射谱显得复杂。