当时的困境
1932 年之前，原子核是一本算不平的账。
原子序数说氮核带 7 个单位正电荷，可它的质量有 14 个质子那么重。多出来的从哪来？当时唯一的答案是：核里塞了 14 个质子，再配 7 个电子把多余的正电荷抵掉——质量和电荷就都对上了。
这个「核内电子」模型跟量子力学处处打架。按不确定性原理，把电子关进 10⁻¹⁴ 米的核里，它的动量涨落会大到根本关不住；氮核的自旋按这个模型该是半整数，实测却是整数；核内电子的磁矩也完全对不上。每一条都是硬矛盾。
1920 年，卢瑟福在贝克讲演里提了一个猜想：核里也许有一种质量与质子相当、但不带电的粒子。他的学生查德威克接下这个题目找了十二年，一无所获——不带电的东西不在云室里留下径迹，不被电场磁场偏转，几乎是为「测不到」而生的。
洞见时刻
线索是别人递过来的，而且递了两次，两次都被误读。
1930 年，德国的博特与贝克尔用钋放出的 α 粒子轰击铍，发现放出一种穿透力极强的中性辐射，判断是高能伽马射线。1932 年 1 月，巴黎的约里奥-居里夫妇更进一步：这种辐射打到石蜡上，能把里面的质子高速撞飞出来。他们仍然叫它伽马射线。
查德威克在剑桥读到巴黎那篇报告的当天就知道解释错了。伽马射线是没有静质量的光子，要把质子撞到那个速度，需要的光子能量高得荒唐——相当于用乒乓球把保龄球撞飞。
他放下手头一切，连续工作了两个多星期。判决实验朴素得像中学题：让那束未知辐射分别去撞氢和氮，测出被撞出的核的速度。如果来的是一颗质量为 m 的粒子，弹性碰撞的动量守恒和能量守恒给出两个方程、两个未知数（入射粒子的质量和速度），联立解出来就行。
解是：这颗粒子的质量与质子几乎相同。它不带电，所以此前谁都没看见它。
1932 年 2 月 17 日，《自然》登出他那篇不到一页的通讯，题目叫《中子存在的可能性》。核内电子模型当场作废：氮核不是 14 个质子加 7 个电子，是 7 个质子加 7 个中子，自旋、磁矩、质量一次全对上。三年后他获诺贝尔物理学奖。
涟漪效应
中子最要命的性质是它不带电。α 粒子和质子冲向原子核时，会被核的正电荷狠狠推开，绝大多数在靠近之前就被弹走；中子感觉不到这道墙，可以径直走进核里，而且能量再低也照样进得去。
费米立刻看到了这一点，开始用中子系统轰击周期表上的每一种元素，甚至发现慢中子比快中子更有效。这条路走到 1938 年，哈恩与斯特拉斯曼在铀的产物里化学地认出了钡，迈特纳与弗里施算出那是核被劈成了两半。裂变还会再放出两三颗中子——链式反应因此可能，四年后费米在芝加哥大学的球场看台下让第一堆铀石墨堆临界。
物理学的另一头，中子也重排了天体的图景。1934 年巴德与兹威基提出，超新星爆发会留下一颗几乎全由中子组成的星；三十四年后，射电天文学家找到了脉冲星。
如果没有它
今天中子是一种日常工具。中子衍射能看见 X 射线看不见的氢原子，是研究电池材料、蛋白质结构和文物内部的主力手段；中子照相能穿过金属外壳看见里面的橡胶密封圈；医院用的一部分放射性同位素，是在反应堆里用中子照出来的。
同一颗粒子也造出了核电站和核武器。查德威克本人 1941 年主笔 MAUD 报告，论证原子弹在工程上可行，那份报告送到华盛顿，直接改变了罗斯福政府的态度。他花十二年才抓到的那颗中性粒子，在被抓到之后的十年里改写了世界政治。
而最平常的一件事是：正因为核里有中子，才会有同位素——碳 12 和碳 14 化学性质完全一样，只差两颗中子。考古学的碳定年、医学的示踪剂、地质学的年代测定，用的都是这个差别。