Rutherford havia descoberto o núcleo atômico em 1911 e observado o próton em 1919. No entanto, parecia que deve haver algo em o núcleo, além de prótons. Por exemplo, o hélio era conhecido por ter um número atômico de 2, mas um número de massa de 4. Alguns cientistas pensaram que havia prótons adicionais no núcleo, junto com um número igual de elétrons para cancelar a carga adicional. Em 1920, Rutherford propôs que um elétron e um próton poderiam realmente se combinar para formar uma nova partícula neutra, mas não havia nenhuma evidência real disso, e a partícula neutra proposta seria difícil de detectar.

Chadwick passou a trabalhar em outros projetos, mas continuou pensando no problema. Por volta de 1930, vários pesquisadores, incluindo o físico alemão Walter Bothe e seu aluno Becker, começaram a bombardear o berílio com partículas alfa de uma fonte de polônio e a estudar a radiação emitida pelo berílio como resultado. Alguns cientistas pensaram que essa radiação altamente penetrante emitida pelo berílio consistia em fótons de alta energia. Chadwick notou algumas características estranhas dessa radiação e começou a pensar que ela poderia consistir em partículas neutras como as que Rutherford havia proposto.

Um experimento em particular chamou sua atenção: Frédéric e Irène Joliot-Curie haviam estudou a radiação então não identificada do berílio ao atingir um alvo de cera de parafina. Eles descobriram que essa radiação bateu os prótons soltos dos átomos de hidrogênio naquele alvo, e esses prótons recuaram com uma velocidade muito alta.

Joliot-Curie acreditava que a radiação que atinge o alvo de parafina deve ser fótons gama de alta energia, mas Chadwick achou que essa explicação não se encaixava. Os fótons, sem massa, não expulsariam do alvo partículas soltas tão pesadas quanto prótons, ele raciocinou. Em 1932, ele tentou experimentos semelhantes e se convenceu de que a radiação ejetada pelo berílio era na verdade uma partícula neutra com a massa de um próton. Ele também tentou outros alvos além da cera de parafina, incluindo hélio, nitrogênio e lítio, o que o ajudou a determinar que a massa da nova partícula era apenas um pouco maior do que a massa do próton.

Chadwick também observou que, como os nêutrons não tinham carga, eles penetraram muito mais longe em um alvo do que os prótons.

Em fevereiro de 1932, depois de fazer experiências por apenas cerca de duas semanas, Chadwick publicou um artigo intitulado “A existência possível de um nêutron ”, no qual ele propôs que as evidências favoreciam o nêutron em vez dos fótons de raios gama como a interpretação correta da radiação misteriosa. Então, alguns meses depois, em maio de 1932, Chadwick apresentou o artigo mais definitivo intitulado” A existência de um nêutron. ”

Em 1934, foi estabelecido que o nêutron recém-descoberto era na verdade uma nova partícula fundamental, não um próton e um elétron unidos como Rutherford havia sugerido originalmente.

A descoberta do nêutron rapidamente cha Nged a visão dos cientistas do átomo, e Chadwick recebeu o Prêmio Nobel em 1935 pela descoberta. Os cientistas logo perceberam que o nêutron recém-descoberto, como uma partícula sem carga, mas bastante massiva, poderia ser usado para sondar outros núcleos. Não demorou muito para os cientistas descobrirem que atingir o urânio com nêutrons resultou na fissão do núcleo do urânio e na liberação de quantidades incríveis de energia, tornando possíveis as armas nucleares. Chadwick, cuja descoberta do nêutron pavimentou o caminho para a bomba atômica, trabalhou no Projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial. Ele morreu em 1974.