Rutherford odkrył jądro atomowe w 1911 roku i zaobserwował proton w 1919 roku. Jednak wydawało się, że coś musi być w jądro oprócz protonów. Na przykład hel był znany z liczby atomowej równej 2, ale liczby masowej równej 4. Niektórzy naukowcy sądzili, że w jądrze są dodatkowe protony, a także taka sama liczba elektronów, które niwelują dodatkowy ładunek. W 1920 roku Rutherford zaproponował, że elektron i proton mogą faktycznie połączyć się, tworząc nową, neutralną cząstkę, ale nie było na to prawdziwych dowodów, a proponowana neutralna cząstka byłaby trudna do wykrycia.

Chadwick kontynuował pracę nad innymi projektami, ale wciąż myślał o problemie. Około 1930 r. Kilku badaczy, w tym niemiecki fizyk Walter Bothe i jego uczeń Becker, zaczęło bombardować beryl cząstkami alfa ze źródła polonu i w rezultacie badać promieniowanie emitowane przez beryl. Niektórzy naukowcy sądzili, że to silnie przenikające promieniowanie emitowane przez beryl składa się z fotonów o wysokiej energii. Chadwick zauważył pewne dziwne cechy tego promieniowania i zaczął myśleć, że zamiast tego może składać się z neutralnych cząstek, takich jak te, które zaproponował Rutherford.

Szczególnie jeden eksperyment zwrócił jego uwagę: Frédéric i Irène Joliot-Curie mieli zbadali wówczas niezidentyfikowane promieniowanie berylu uderzającego w cel wosku parafinowego. Okazało się, że to promieniowanie wytrąciło protony z atomów wodoru w tym celu, a te protony cofnęły się z bardzo dużą prędkością.

Joliot-Curie uważał, że promieniowanie uderzające w cel parafiny musi być wysokoenergetycznymi fotonami gamma, ale Chadwick uznał, że wyjaśnienie to nie pasuje. Doszedł do wniosku, że fotony, które nie mają masy, nie wyrzucają z celu luźnych cząstek tak ciężkich jak protony. W 1932 r. Sam przeprowadził podobne eksperymenty i doszedł do przekonania, że promieniowanie wyrzucane przez beryl było w rzeczywistości neutralną cząsteczką o masie protonu. Oprócz wosku parafinowego wypróbował także inne cele, w tym hel, azot i lit, co pomogło mu ustalić, że masa nowej cząstki była nieco większa niż masa protonu.

Chadwick Zauważył również, że ponieważ neutrony nie miały ładunku, wnikały znacznie dalej w cel niż protony.

W lutym 1932 roku, po eksperymentach trwających tylko około dwóch tygodni, Chadwick opublikował artykuł zatytułowany „The Possible Existence of Neutron ”, w którym zaproponował, że dowody faworyzują neutron, a nie fotony promieniowania gamma, jako poprawną interpretację tajemniczego promieniowania. Następnie kilka miesięcy później, w maju 1932 r., Chadwick przedstawił dokładniejszy artykuł zatytułowany„ The Existence of neutron. ”

W 1934 roku ustalono, że nowo odkryty neutron był w rzeczywistości nową fundamentalną cząstką, a nie protonem i elektronem związanymi razem, jak pierwotnie sugerował Rutherford.

Odkrycie neutronów szybko cha Nged naukowcy pogląd na atom, a Chadwick otrzymał Nagrodę Nobla w 1935 roku za odkrycie. Naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że nowo odkryty neutron, jako nienaładowana, ale dość masywna cząstka, może być użyty do sondowania innych jąder. Naukowcy szybko odkryli, że uderzenie uranu neutronami spowodowało rozszczepienie jądra uranu i uwolnienie niesamowitych ilości energii, co umożliwiło powstanie broni jądrowej. Chadwick, którego odkrycie neutronu utorowało drogę dla bomby atomowej, pracował nad projektem Manhattan podczas II wojny światowej. Zmarł w 1974 roku.