Rutherford aveva scoperto il nucleo atomico nel 1911 e aveva osservato il protone nel 1919. Tuttavia, sembrava che ci fosse qualcosa in il nucleo oltre ai protoni. Ad esempio, si sapeva che l’elio aveva un numero atomico di 2 ma un numero di massa di 4. Alcuni scienziati pensavano che ci fossero protoni aggiuntivi nel nucleo, insieme ad un numero uguale di elettroni per annullare la carica aggiuntiva. Nel 1920, Rutherford propose che un elettrone e un protone potessero effettivamente combinarsi per formare una nuova particella neutra, ma non c’erano prove reali per questo e la particella neutra proposta sarebbe stata difficile da rilevare.

Chadwick ha continuato a lavorare su altri progetti, ma ha continuato a pensare al problema. Intorno al 1930, diversi ricercatori, tra cui il fisico tedesco Walter Bothe e il suo studente Becker, avevano iniziato a bombardare il berillio con particelle alfa da una fonte di polonio e studiando la radiazione emessa dal berillio come risultato. Alcuni scienziati pensavano che questa radiazione altamente penetrante emessa dal berillio fosse costituita da fotoni ad alta energia. Chadwick aveva notato alcune caratteristiche strane di questa radiazione e cominciò a pensare che potesse invece consistere in particelle neutre come quelle proposte da Rutherford.

Un esperimento in particolare attirò la sua attenzione: Frédéric e Irène Joliot-Curie avevano ha studiato la radiazione allora non identificata dal berillio quando ha colpito un bersaglio di paraffina. Hanno scoperto che questa radiazione spingeva i protoni sciolti dagli atomi di idrogeno in quel bersaglio e quei protoni si ritiravano con velocità molto elevata.

Joliot-Curie credeva che le radiazioni che colpivano l’obiettivo della paraffina dovessero essere fotoni gamma ad alta energia, ma Chadwick pensava che la spiegazione non andasse bene. I fotoni, non avendo massa, non avrebbero respinto particelle libere pesanti come protoni dal bersaglio, ragionò. Nel 1932 provò lui stesso esperimenti simili e si convinse che la radiazione emessa dal berillio era in realtà una particella neutra della massa di un protone. Ha anche provato altri bersagli oltre alla cera di paraffina, tra cui elio, azoto e litio, che lo hanno aiutato a determinare che la massa della nuova particella era solo leggermente superiore alla massa del protone.

Chadwick notò anche che poiché i neutroni non avevano carica, penetrarono molto più in un bersaglio di quanto farebbero i protoni.

Nel febbraio 1932, dopo aver sperimentato solo per circa due settimane, Chadwick pubblicò un articolo intitolato “The Possible Existence of a Neutron “, in cui proponeva che le prove favorissero il neutrone piuttosto che i fotoni di raggi gamma come interpretazione corretta della misteriosa radiazione. Poi, pochi mesi dopo, nel maggio 1932, Chadwick presentò il documento più preciso intitolato” The Existence of un Neutrone. “

Nel 1934 era stato stabilito che il neutrone appena scoperto era in realtà una nuova particella fondamentale, non un protone e un elettrone legati insieme come Rutherford aveva inizialmente suggerito.

La scoperta del neutrone rapidamente cha Il punto di vista degli scienziati sull’atomo e Chadwick è stato insignito del Premio Nobel nel 1935 per la scoperta. Gli scienziati si sono presto resi conto che il neutrone scoperto di recente, in quanto particella scarica ma piuttosto massiccia, poteva essere utilizzato per sondare altri nuclei. Non ci volle molto agli scienziati per scoprire che colpire l’uranio con i neutroni ha provocato la fissione del nucleo di uranio e il rilascio di incredibili quantità di energia, rendendo possibili armi nucleari. Chadwick, la cui scoperta del neutrone aveva aperto la strada alla bomba atomica, lavorò al Progetto Manhattan durante la seconda guerra mondiale. Morì nel 1974.