中子的存在是1932年詹姆斯·查德威克用a粒子轰击证实的。中子质量为 1.6749286 ×10-27千克，比质子的质量（1.672621637（83）×10-27千克）稍大，自旋为1/2。中子的发现是与人们对原子核结构的探索分不开的。中子的概念是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福提出的。但是，电子、质子都带电，有电磁性质表现，而中子不带电，利用什么物理性质证明它的存在，从而发现它呢？
詹姆斯·查德威克（JamesChadwick，1891年10月20日——1974年7月24日）
1935 年诺贝尔物理学奖授予英国利物浦大学的查德威克，以表彰他“发现了中子”。
质子的发现和原子核的“质子—电子”模型假说
1911年，英国物理学家卢瑟福（欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford，1871年8月30日—1937年10月19日），物理学家，纳尔逊男爵，英国皇家学会院士，1908年诺贝尔化学奖获得者）根据α粒子散射实验结果提出了原子的核式结构模型，这个模型有玻尔的支持和发展，很快得到物理学家们的公认。此后，一系列问题又摆在物理学家们的面前：原子核是由什么构成的？原子核还有没有结构、能不能再分？
1919年，卢瑟福做了用镭放射出的α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子，第一次实现了原子核的人工嬗变。当时人们认识到的基本粒子仅限于质子、电子和光子，这样在本世纪20年代，人们普遍认为，原子核是由质子和电子组成的，并假定，原子量为N、原子序数为Z的核应由N个质子、N-Z个电子组成的，这个原子核与Z个轨道电子组成中性原子，这就是原子核的“质子—电子”模型。
但这个假说却遇到了一定的困难。1，电子究竟以什么状态在原子核内。在“质子—电子”模型假设中，电子是以个体方式在核内存在的，原子核的半径估计为 ，当N=238时R约为8.7 ´10-8厘米，而电子的经典半径是2.8 ´10-8厘米，作为个体部分的电子竟与核的整体几乎相差无几！这是不可想象的；2，根据海森堡1927年提出的测不准原理，把电子束缚在很小的核内，它的动量将有很大的不确定性，因而它在核内逗留的时间不能超过几分之一秒；3，它与量子力学中的多体统计与自旋理论相矛盾。
1925年，乌伦贝克和古德斯密特根据光谱提出，电子具有自旋，它的量子数等于1/2，质子的自旋量子数也等于1/2，这样对氮核来说，由于它有14个质子和7个电子，因而这些粒子的总自旋数应取分数值，然而实验表明，氮原子核的自旋等于1。对于后两个困难，不少著名物理学家怀疑是量子力学不适用于原子核内部，而丝毫不怀疑“质子—电子”模型本身存在问题。
卢瑟福关于“中子”的预言
在“质子—电子”模型的后两个困难还没有出现时，针对第一个困难，早在1920 年，卢瑟福在著名的贝克尔演讲（Bakerian Lecture）中指出，如果把一个质子和一个电子作为一个复合体，看成是单独的一个粒子，理论的矛盾就能够得到解决，这种“质子—电子”复合体应当是电中性的。
卢瑟福预言道：“在某些条件下，一个电子有可能更紧密地同氢核相结合，从而形成一个中性偶极子。这样一个原子将具有很异常的特性。它的外部电场实际上将等于零，除非很靠近它的核。因此，它能够很自由地通过物质。用分光镜来探测它的特性可能是困难的，把它保存在一个密闭的容器中也是不可能的。另一方面，它应当很容易地进入原子结构中，或是同核结合，或是被核的强场分裂。”
他声称：“这种原子的存在对于解释重元素的原子核的组成看来是必不可少的”。
20年代初，卡文迪什实验室的研究者们，曾试图使强电流通过氢放电管来探测这种假设的“中子”的生成，均未获成功。
卢瑟福在演讲
中子的发现
为了检验卢瑟福的假说，卡文迪什实验室从 1921 年就开始了实验工作。查德威克在卢瑟福目标明确的指导下，经历前后 12 年的曲折摸索，终于成功。
卢瑟福在贝克尔演讲后不久，请格拉森（J. L. Glasson）在氢气中放电时寻找中子的产生，不久，罗伯兹（J.K.Roberts）也做了类似的实验。卢瑟福并不指望用这种方法会获得中子存在的证据，但实验还是做了。在这些实验中氢的质量和所用电压都太小了。观察正常状态下的氢，尽管它表面上很稳定，但并不是一点儿没有理由的。他们想，既然质子和电子的紧密组合是可能的，它一定是自发地进行的。这样组成的中子在宇宙辐射的作用下，也许会重新分裂。
1923 年查德威克得到卢瑟福的赞同，尝试在大质量的氢化材料中检测 γ 辐射的发射，用游离室和点计数器作为检测手段。几年后，1928 年盖革和缪勒（Muller）设计出了现在普遍称做盖革计数器的仪器，可以大大增加检测 γ 辐射的能力。盖革送给查德威克两个新计数器和制作计数器的指示书。卢瑟福和查德威克立即用这种新仪器重复氢的实验。他们想尽各种办法，希望找到中子的踪迹。他们还用同样的方法检验某些稀有气体以及任一种能够到手的稀有元素，试图发现形成中子和发射中子的信号。
在初步如此尝试之后，查德威克考虑到中子只有在强电场中形成或存在的可能性，还考虑到用快速质子打入原子，也许能找到某些证据，特别是原子序数大的原子，那里电子也许束缚得很紧。在给卢瑟福的一封信中，他写道：“我想，我们应对中子作一番真正的研究，我相信我有了一个可以付诸行动的计划……”他想至少需要有 200 000 V 电压来加速质子。没有合适的变压器可用，尽管卢瑟福颇有兴趣，却没有钱用于这样庞大的计划……这一想法查德威克坚持了一两年，在其他工作的间隙中，他尝试找到一种方法把特斯拉（Tesla）线圈产生的电压用于加速放电管中的离子。
在他们用 α 粒子使轻元素转变的工作中，并没有忘记发射中子的可能性，特别是那些不发射质子的元素。他们寻找会不会有不受磁场偏转的辐射引起微弱的闪烁。几年之后，他们在 1929 年才发表唯一的一篇文章，特别提到研究中子的这种方法。
正当查德威克着手进一步开展探讨中子的研究时，柏林的玻特（W. Bothe）和巴黎的约里奥-居里（Joliot-Curies）夫妇相继发表了他们的实验结果。
玻特是德国著名物理学家，曾在盖革的研究所里工作，花了很大力气研究盖革发明的电计数器，用于探测微观粒子，这种方法有效地代替了闪烁计数法，使核物理的实验研究条件获得很大改进。从 1928 年起，玻特和他的学生贝克尔（H. Becker）用钋发射的 α 粒子袭击一系列轻元素，特别是轰击铍时，发现从铍中发射一种强度不大但穿透力极强的射线。这种射线在电场和磁场中都不发生偏转（因而不带电），在穿透2厘米厚的铅板之后，射线的强度只减弱13%，强度比其他元素所得要大过十倍。当时把这种射线称作是铍辐射。根据当时已经发现的各种辐射的研究，α射线和β射线都没有这么强的穿透力。唯一能穿透铅板且不带电的是γ射线，因此这两位物理学家错误地认为他们发现的是高能γ射线。根据这种射线在透过铅板后强度减弱的情况，他们推算出这种射线的能量约为10兆电子伏特左右，证明这种中性辐射比 γ 射线还要硬。1930 年，玻特和贝克尔率先发表了这一结果，并断定这种贯穿辐射是一种 γ 射线。
在巴黎，居里实验室的约里奥-居里夫妇也正在进行类似实验。他们虽然没有用电子学方法，但却拥有比别人强得多的放射源。他们把石蜡板放在放射源和游离室之间，发现静电计偏转激增。石蜡含氢，会不会是氢核被铍辐射撞击形成新的射线？于是他们加磁场进行检验，磁场果然对这一射线有作用。遗憾的是，他们在肯定石蜡发出的是质子流之后，也和玻特一样，把铍辐射看成是 γ 射线。
1932 年 1 月 18 日约里奥-居里夫妇宣布，铍辐射的能量是如此之大，竟能把氢核（质子）从石蜡板中撞击出来。随后，他们还用云室拍到了质子流的照片，约里奥-居里夫妇虽然没有摆脱玻特的错误解释，但他们用石蜡进行试验，判定质子流的产生，却是搞清铍辐射性质很重要的一步。如果说，约里奥-居里夫妇在这项工作中有什么失误的话，那就是：他们没有从能量的角度去算一下，γ 粒子有没有可能打出质子，并使质子作高速运动。后来，他们回顾当年的工作时说，如果他们读过并且领会 1920 年卢瑟福的演讲内容，了解他的中子假说，肯定会对这个实验作出正确的解释。
约里奥·居里夫妇的论文传到英国，英国物理学家查德威克看了他们的论文并把论文的内容告诉了卢瑟福。据说卢瑟福听了他们的解释时大声喊道：“我不相信”， 查德威克也不相信这种解释，他经过一番思考，随即意识到：反冲质子有这么大的能量绝不可能是光子碰撞的结果，而很可能是十年前卢瑟福所预言的“中性粒子”碰撞所致。于是，卢瑟福建议尽快做实验进行检验。这时查德威克正好准备开始实验，因为他已制备好了钋源。他用钋加铍作为放射源，使用这种新射线去轰击氢、氦、氮等元素，结果发现这种射线的性质与通常的射线有所不同，通常的射线照射到物质上，物质密度越大，对射线吸收的就越厉害。而这种射线的性质刚好相反，密度越小的物质越容易吸收它。查德威克用这种射线去轰击氢原子时发现，氢原子核被弹射出去，这说明这种射线是具有一定质量的粒子流。由于这种粒子流不带电，电场和磁场对它不起作用，所以不能利用它在磁场或电场中的径迹来计算它的质量。查德威克认为，这种粒子穿过物质时它将与物质中的原子核发生弹性碰撞，从而把能量传递给原子核，使被碰撞的原子核运动，测出被碰原子核的速度，就可根据动量守恒和能量守恒把这种粒子的质量算出来。
这样，经过几天紧张的实验，查德威克就证明了这些奇异效应是某种中性粒子的作用。他还测出了这种粒子的质量。通过对氢原子和氮原子的轰击，他算出这种粒子的质量与质子的质量近乎相等，他把这种射线的粒子称为“中子”——卢瑟福 1920 年假设的中子终于出现了。
1932 年 2 月 17 日，查德威克写信给《自然》（Nature）杂志，发表了他的结果，这篇通信的题目为《中子可能存在》，离约里奥-居里的文章不到一个月。接着，在《英国皇家学会通报》上他又发表了题为《中子的存在》一文，详细报告了实验结果及理论分析。
查德威克做了如下实验：
（1）考察反冲现象的普遍性。他把上述各种轻元素和气体一一进行试验，证明毫无例外地都会发生核反冲现象。
（2）检验碰撞的能量关系。实验装置原理图如图 所示，查德威克用石蜡做吸收实验，在石蜡板和游离室之间放置不同厚度的铝片，作吸收曲线，由此测出石蜡放出的质子具有 5.7×106 eV 的能量。如果铍辐射是由 γ 光子组成，根据能量守恒定律和动量守恒定律，可以像康普顿效应那样计算出γ光子的能量应为 55×106 eV。用同样的铍辐射轰击氮，从云室中氮的反冲核留下的径迹，估计氮核能量约为 1.2×106 eV，计算得到的γ光子能量应为 90×106 eV。这就表明：如果用与粒子的碰撞来解释反冲原子，则当被碰撞原子的质量增加时，必须假设这一粒子的能量越来越大。
查德威克的实验装置原理图
查德威克在论文中写道：“显然，在这些碰撞过程中，我们要么放弃应用能量与动量守恒，要么采用另一个关于辐射本性的假设。如果我们假设这一辐射不是量子辐射（即 γ 光子）而是质量与质子几乎相等的粒子，所有这些与碰撞有关的困难都会消除……”
于是，查德威克就假定铍辐射是卢瑟福预言的中子。
（3）用云室测中子质量。将氮充入云室，从云室观测到氮原子在铍辐射（中子）轰击后的反冲速度为 4.7×108 cm/s，与同样的铍辐射（中子）轰击石蜡得到的质子速度 3.3×109 cm/s 进行比较，可以粗略求得铍辐射的粒子质量与质子的质量非常接近。
查德威克还进一步根据质谱仪测得的数据推算出了中子的精确质量为 1.0067 u（原子质量单位），并对中子的性质进行了详尽的分析，以确凿的事实证明了中子的存在。
查德威克如此之快就取得这样重大的成果，是和卡文迪什实验室整个集体的支持分不开的。卢瑟福自不待说，其他成员，包括年轻的研究生和来自各地的研究人员也大力相助，发挥了集体的智慧和力量。当时，卢瑟福的亲密同事，苏联物理学家卡皮查曾组织过一个“俱乐部”，每周定期聚会，交谈工作中的问题和体会。这一天，正好查德威克做了有关铍辐射的实验，对中子的存在还没有完全把握，他把实验情况和自己的想法向大家谈了。关于中子的认识在卡文迪什实验室里早已人尽皆知，没有人怀疑。这时七嘴八舌地议论了近一个小时。有的建议用云室，有的提供质谱仪的新近情况，有的自告奋勇协助查德威克……这大大地促进了中子实验的进程，使查德威克迅速由“中子可能存在”转变为“中子肯定存在”。
中子的发现具有深远影响。由此引起了一系列后果：一是为核模型理论提供了重要依据；其次是激发了一系列新课题的研究，引起一连串的新发现；再有就是找到了核能实际应用的途径。用中子作为炮弹轰击原子核，比 α 粒子有大得多的威力。它像一把钥匙，打开了原子核的大门。
获奖者简历
查德威克 1891 年 10 月 20 日出生于英国柴郡，1911 年在曼彻斯特大学毕业后，留校在卢瑟福实验室研究放射性。
进入大学的查德威克，由于基础知识的扎实，而在物理研究方面崭露超群才华。他被著名科学家卢瑟福看中，毕业后留在曼彻斯特大学物理实验室，在卢瑟福指导下从事放射性研究。两年后，由于他的“α射线穿过金属箔时发生偏离”的成功实验，获英国国家奖学金。
1913 年获硕士学位，随即利用奖学金赴柏林向卢瑟福的合作者盖革（H.W. Geiger）学习，在 1914 年他发现 β 射线能谱是连续的。1914年第一次世界大战爆发，德、英两国成为敌对国，正在柏林的查德威克被德国当局当作英国“俘虏”拘押在鲁莱本的一个平民俘虏营。据说查德威克在集中营里开始闷得发慌，找不到知音。后来来了一位英国青年军官埃利斯，查德威克以极大的热情向埃利斯讲解原子物理。战后埃利斯成了一个原子物理学家。他这种科学精神深得德国同行们的同情和赞赏。在德国科学院的努力交涉下，查德威克在集中营里建立起一座实验室，坚持做放射性实验研究。
1919 年查德威克回到英国，随卢瑟福来到卡文迪什实验室，协助卢瑟福完成人工核转变的实验研究。1920 年他通过铂、银和铜核研究 α 粒子的散射，直接测出了原子核的电荷，从而完全证实了卢瑟福的原子理论和关于元素的核结构以及核电荷数与元素的原子序数相等的结论。1923年，他因原子核带电量的测量和研究取得出色成果，被提升为剑桥大学卡文迪许实验室副主任，与主任卢瑟福共同从事粒子研究。
1931年，约里奥·居里夫妇——居里夫人的女儿和女婿公布了他们关于石蜡在“铍射线”照射下产生大量质子的新发现。查德威克立刻意识到，这种射线很可能就是由中性粒子组成的，这种中性粒子就是解开原子核正电荷与它质量不相等之谜的钥匙。查德威克立刻着手研究约里奥·居里夫妇做过的实验，用云室测定这种粒子的质量，结果发现，这种粒子的质量和质子一样，而且不带电荷。他称这种粒子为“中子”。
1935年，查德威克因发现中子获诺贝尔物理学奖。美国物理学家欧内斯特·劳伦斯由于发明了回旋加速器，为高能物理的研究提供了有力的实验工具，找到了打开粒子物理世界的一把钥匙，而荣获了1939年的诺贝尔物理奖。这两位物理学家在1933年索尔维会议上不期而遇，随后开始了热情的通信，进而成为亲密的朋友。
1939年7月，由于劳伦斯的大力倡导，并派助手协助，查德威克在利物浦的回旋加速器终于产生了它的第一束加速粒子。在劳伦斯的助手瓦尔克的协助下，金赛承担了加速器的日常管理工作，金赛毕业于剑桥大学，他在卡文迪许实验室工作学习了一段时间以后，和劳伦斯一起工作了3年。
1943年，查德威克率领一批英国科学家来到美国的洛斯阿拉莫斯，参加原子弹的研制工作。
1974年，查德威克逝世。