Rutherford había descubierto el núcleo atómico en 1911 y había observado el protón en 1919. Sin embargo, parecía que debía haber algo en el núcleo además de los protones. Por ejemplo, se sabía que el helio tenía un número atómico de 2 pero un número de masa de 4. Algunos científicos pensaban que había protones adicionales en el núcleo, junto con un número igual de electrones para cancelar la carga adicional. En 1920, Rutherford propuso que un electrón y un protón podrían combinarse para formar una nueva partícula neutra, pero no había evidencia real de esto, y la partícula neutra propuesta sería difícil de detectar.

Chadwick continuó trabajando en otros proyectos, pero siguió pensando en el problema. Alrededor de 1930, varios investigadores, incluido el físico alemán Walter Bothe y su alumno Becker, habían comenzado a bombardear berilio con partículas alfa de una fuente de polonio y estudiar la radiación emitida por el berilio como resultado. Algunos científicos pensaron que esta radiación altamente penetrante emitida por el berilio consistía en fotones de alta energía. Chadwick había notado algunas características extrañas de esta radiación y comenzó a pensar que podría consistir en partículas neutras como las que había propuesto Rutherford.

Un experimento en particular le llamó la atención: Frédéric e Irène Joliot-Curie habían estudió la radiación no identificada del berilio cuando golpeó un objetivo de cera de parafina. Descubrieron que esta radiación arrojaba protones sueltos de los átomos de hidrógeno en ese objetivo, y esos protones retrocedían con una velocidad muy alta.

Joliot-Curie creía que la radiación que golpeaba el objetivo de parafina debía ser de fotones gamma de alta energía, pero Chadwick pensó que esa explicación no encajaba. Los fotones, al no tener masa, no arrojarían partículas sueltas tan pesadas como protones del objetivo, razonó. En 1932, él mismo intentó experimentos similares y se convenció de que la radiación expulsada por el berilio era de hecho una partícula neutra de la masa de un protón. También probó otros objetivos además de la cera de parafina, incluidos helio, nitrógeno y litio, lo que le ayudó a determinar que la masa de la nueva partícula era un poco más que la masa del protón.

Chadwick También señaló que debido a que los neutrones no tenían carga, penetraban mucho más en un objetivo que los protones.

En febrero de 1932, después de experimentar durante solo dos semanas, Chadwick publicó un artículo titulado «La posible existencia de a Neutron ”, en el que propuso que la evidencia favorecía al neutrón en lugar de los fotones de rayos gamma como la interpretación correcta de la radiación misteriosa. Luego, unos meses más tarde, en mayo de 1932, Chadwick presentó el artículo más definido titulado» La existencia de un neutrón ”.

En 1934 se había establecido que el neutrón recién descubierto era de hecho una nueva partícula fundamental, no un protón y un electrón unidos como Rutherford había sugerido originalmente.

El descubrimiento de neutrones rápidamente cha La visión de los científicos sobre el átomo, y Chadwick recibió el Premio Nobel en 1935 por el descubrimiento. Los científicos pronto se dieron cuenta de que el neutrón recién descubierto, como una partícula sin carga pero bastante masiva, podría usarse para sondear otros núcleos. Los científicos no tardaron mucho en descubrir que golpear el uranio con neutrones provocaba la fisión del núcleo de uranio y la liberación de cantidades increíbles de energía, lo que hacía posibles las armas nucleares. Chadwick, cuyo descubrimiento del neutrón había allanado el camino para la bomba atómica, trabajó en el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial. Murió en 1974.