Rutherford had de atoomkern ontdekt in 1911 en had het proton in 1919 waargenomen. Het leek er echter op dat er iets in moest zitten de kern naast protonen. Het was bijvoorbeeld bekend dat helium een atoomnummer van 2 had, maar een massagetal van 4. Sommige wetenschappers dachten dat er extra protonen in de kern waren, samen met een gelijk aantal elektronen om de extra lading op te heffen. In 1920 stelde Rutherford voor dat een elektron en een proton daadwerkelijk zouden kunnen worden gecombineerd om een nieuw, neutraal deeltje te vormen, maar daar was geen echt bewijs voor, en het voorgestelde neutrale deeltje zou moeilijk te detecteren zijn.

Chadwick ging aan andere projecten werken, maar bleef aan het probleem denken. Rond 1930 waren verschillende onderzoekers, waaronder de Duitse natuurkundige Walter Bothe en zijn leerling Becker, begonnen met het bombarderen van beryllium met alfadeeltjes uit een poloniumbron en het bestuderen van de straling die door het beryllium als resultaat werd uitgezonden. Sommige wetenschappers dachten dat deze sterk doordringende straling van het beryllium bestond uit hoogenergetische fotonen. Chadwick had enkele vreemde kenmerken van deze straling opgemerkt en begon te denken dat het in plaats daarvan zou kunnen bestaan uit neutrale deeltjes zoals die Rutherford had voorgesteld.

Een experiment in het bijzonder trok zijn aandacht: Frédéric en Irène Joliot-Curie hadden bestudeerde de toen nog niet geïdentificeerde straling van beryllium toen het een paraffinewasdoel trof. Ze ontdekten dat deze straling protonen van waterstofatomen in dat doelwit losliet en die protonen met een zeer hoge snelheid terugtrokken.

Joliot-Curie geloofde dat de straling die het paraffine-doelwit treft, gammafotonen met hoge energie moeten zijn, maar Chadwick dacht dat die verklaring niet klopte. Fotonen, die geen massa hebben, zouden geen deeltjes zo zwaar als protonen van het doelwit slaan, redeneerde hij. In 1932 probeerde hij zelf soortgelijke experimenten, en raakte ervan overtuigd dat de straling die door het beryllium werd uitgestoten in feite een neutraal deeltje was met de massa van een proton. Hij probeerde naast de paraffinewas ook andere doelen, waaronder helium, stikstof en lithium, waardoor hij kon vaststellen dat de massa van het nieuwe deeltje net iets meer was dan de massa van het proton.

Chadwick merkte ook op dat omdat de neutronen geen lading hadden, ze veel verder in een doel drongen dan protonen.

In februari 1932, na slechts ongeveer twee weken te hebben geëxperimenteerd, publiceerde Chadwick een artikel met de titel ‘The Possible Existence of a Neutron, ‘waarin hij voorstelde dat het bewijsmateriaal de voorkeur gaf aan het neutron in plaats van de gammastraalfotonen als de juiste interpretatie van de mysterieuze straling. Een paar maanden later, in mei 1932, diende Chadwick het meer definitieve artikel in getiteld’ The Existence of een neutron. ”

In 1934 was vastgesteld dat het nieuw ontdekte neutron in feite een nieuw fundamenteel deeltje was, niet een proton en een elektron die aan elkaar gebonden waren, zoals Rutherford oorspronkelijk had voorgesteld.

De ontdekking van neutronen snel cha Na de mening van wetenschappers over het atoom, en Chadwick ontving in 1935 de Nobelprijs voor de ontdekking. Wetenschappers realiseerden zich al snel dat het nieuw ontdekte neutron, als een ongeladen maar vrij massief deeltje, kon worden gebruikt om andere kernen te onderzoeken. Het duurde niet lang voordat wetenschappers ontdekten dat het raken van uranium met neutronen resulteerde in de splitsing van de uraniumkern en het vrijkomen van ongelooflijke hoeveelheden energie, waardoor nucleaire wapens mogelijk werden. Chadwick, wiens ontdekking van het neutron de weg had geëffend voor de atoombom, werkte tijdens de Tweede Wereldoorlog aan het Manhattan-project. Hij stierf in 1974.