探索晶体学的百年发展历史

回顾晶体学的发展历程不难看出，X射线技术在其中扮演了重要角色，功能强大的X射线激光器推动着晶体学不断前进。

直击物质“心脏”

在美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市附近的丘陵中，物理学家为世界上最快速的电子建造了一个“极端超越障碍训练场”。首先，粒子在一个长达3公里的真空管内加速到接近光速，然后它们将穿过一段磁铁，并被猛烈扭曲。最终出现强烈X射线暴，使它们足以穿透钢板。

不过，SLAC的科学家对武器并不感兴趣。他们的机器是全世界功率最大的X射线自由电子激光(XFELs)发射器之一，也是研究物质结构的一种工具。结构生物学家尤其能从XFELs中获益匪浅。SLAC的激光器发射出的X射线脉冲短到足以捕获分子运动的类似频闪灯的图片，并且强烈到足以为生物分子集群成像——这是传统技术难以完成的。XFELs正赋予生物学家新的方法扫描潜在的药物标靶、探讨光合作用粒子的结构等。

“毫无疑问，XFELs是颠覆性技术。”伊利诺伊州芝加哥大学晶体学家Keith Moffat说，“到目前为止，它远远超越了之前的技术，并正在改变人们做事的方式。”Moffat也是XFELs发射器科学顾问委员会成员。

但XFELs也是备受争议的技术，尤其是SLAC的直线性连续加速器光源(LCLS)更是如此。LCLS是世界上首个也是最大的XFELs发射器。2002年，面对研究人员的频频质疑，美国能源部(DOE)牵头开始建造LCLS。当时许多人质疑：即使假设这个未经证实的技术能够工作，LCLS未来的科学产出是否值得投入4.14亿美元呢?

2009年LCLS开始运行后，争论逐渐消失，Moffat提到，“它按时按预算工作了，并且更突出、更方便”。日本紧跟其后，建造了自己的XFEL设备，欧洲则计划了一个功率更大的设备，将于2015年启动。预计在未来几年中，全球对XFELs的投入将达数十亿美元。但要充分发挥其潜力，这些设备还必须克服更多的技术障碍，从推进功率到更好地处理产生的数据等。

“物理学家、生物学家、激光科学家和高能密度学家—— 一个彻底的新团体正在形成，因为人们必须了解相关工作的所有程序。”瑞典乌普萨拉大学分子生物物理学家Janos Hajdu说，“很多发展必须统合在一起，以便完成这项工作。”

当然，在如此庞大复杂的晶体学领域，少不了女性科学家的身影。

另一半天空

“这是一个女性支配的科学领域。”2004年一位教授在介绍晶体学家Judith Howard时这样说道，当时Howard获得了英国布里斯托大学荣誉学位。

大约15年前，Howard收到一封信函，邀请她申请英国杜伦大学结构化学的一个新职位，但是这封邀请函有着令她讨厌的措辞：“难道女性不应擅长这项工作吗?”。她的博士生导师、诺贝尔奖获得者Dorothy Hodgkin鼓励她不要受这些评论的影响。Howard得到了这份工作，建立了世界领先的低温可变温度结构化学实验室，并出任该校化学系主任。之后，她被选为英国皇家学会会员，并成为达拉谟跨学科生物物理学研究所创始所长。

无论她们获得的荣誉有多少，女性晶体学家总是属于少数，但她们也是晶体学的先锋。一个世纪以前，William Bragg和儿子Lawrence Bragg共同提出了X射线晶体学分析;1922年，Bragg招募Kathleen Lonsdale进入他的实验室。在英国伦敦皇家研究院工作期间，Lonsdale确定了苯环的结构，开展了金刚石研究，她也是两位最早进入皇家学会的女性科学家之一(1945年)，并且成为伦敦大学学院首位女性终身教授。