ラザフォードは1911年に原子核を発見し、1919年に陽子を観測しました。しかし、何かがあったに違いないようです。陽子に加えて原子核。たとえば、ヘリウムの原子番号は2であるが、質量数は4であることが知られていました。一部の科学者は、追加の電荷を相殺するために同数の電子とともに、原子核に追加の陽子があると考えました。 1920年、ラザフォードは電子と陽子が実際に結合して新しい中性粒子を形成できると提案しましたが、これに関する実際の証拠はなく、提案された中性粒子を検出するのは困難でした。

チャドウィック他のプロジェクトに取り組み続けましたが、問題について考え続けました。 1930年頃、ドイツの物理学者Walter Botheと彼の学生Beckerを含む数人の研究者が、ポロニウム源からのアルファ粒子でベリリウムを爆撃し、その結果ベリリウムから放出される放射線を研究し始めました。一部の科学者は、ベリリウムから放出されるこの非常に透過性の高い放射線は、高エネルギーの光子で構成されていると考えていました。チャドウィックはこの放射線のいくつかの奇妙な特徴に気づき、代わりにラザフォードが提案したような中性粒子で構成されているのではないかと考え始めました。

特に1つの実験が彼の注目を集めました：フレデリックとイレーヌジョリオキュリーはベリリウムがパラフィンワックスターゲットに当たったときのベリリウムからの当時の未確認の放射線を研究しました。彼らは、この放射線がそのターゲットの水素原子から緩い陽子をノックし、それらの陽子が非常に高速で反動することを発見しました。

Joliot-Curieは、パラフィンターゲットに当たる放射線は高エネルギーのガンマ光子であるに違いないと信じていましたが、Chadwickは説明が合わないと考えました。質量のない光子は、ターゲットからの陽子ほど重い緩い粒子をノックしないだろうと彼は推論した。 1932年、彼は自分で同様の実験を試み、ベリリウムから放出された放射線は実際には陽子の質量について中性粒子であると確信しました。彼はまた、パラフィンワックスに加えて、ヘリウム、中性子、リチウムなどの他のターゲットを試しました。これにより、新しい粒子の質量が陽子の質量よりもわずかに多いことがわかりました。

チャドウィックまた、中性子は電荷を持たないため、陽子よりもはるかにターゲットに浸透しました。

1932年2月、わずか約2週間の実験の後、チャドウィックは「不思議な放射線の正しい解釈として、証拠がガンマ線光子よりも中性子を支持することを提案した「中性子」。その後、数か月後の1932年5月、チャドウィックは「存在の存在」というタイトルのより明確な論文を提出した。

1934年までに、新しく発見された中性子は実際には新しい基本粒子であり、ラザフォードが最初に示唆したように陽子と電子が結合したものではないことが確立されました。

中性子の発見はすぐに科学者の原子に対する見方を変え、チャドウィックは1935年にその発見でノーベル賞を受賞しました。科学者たちはすぐに、新しく発見された中性子が、帯電していないがかなり重い粒子として、他の原子核を調べるために使用できることに気づきました。科学者がウランを中性子で打つと、ウランの核分裂と信じられないほどの量のエネルギーの放出が起こり、核兵器が可能になることを発見するのにそれほど時間はかかりませんでした。中性子の発見が原子爆弾への道を開いたチャドウィックは、第二次世界大戦中にマンハッタン計画に取り組みました。彼は1974年に亡くなりました。