■肖如坡、杨新楠/译
■译自 APS 新闻，2007 年 5 月
詹姆士
直到 20 年代，物理学家才知道原子的大部分质量都集中在含有质子的中央原子核中。 1932 年 5 月，查德威克（詹姆斯）宣布原子核中存在一种新的不带电粒子，他将其称为中子。
查德威克 1891 年出生于英国曼彻斯特的一个工人阶级家庭。 他是一个害羞的孩子，但他的聪明才智引起了老师的注意，并被送到曼彻斯特大学学习物理。 在那里，他与卢瑟福（1871-1937，1908年诺贝尔化学奖获得者）一起研究了各种类型的辐射。
1914年，查德威克决定跟随盖革前往德国进行研究，但不幸的是，他抵达后不久就爆发了第一次世界大战，查德威克最终被关进了那里的战俘营。 花了4年时间。 但这并没有彻底结束他的科学研究。 为了避免无聊，他和几名战俘组成了一个科学社团，互相讲学，还设法说服看守让他们建立一个小实验室。 尽管许多化学品很难获得，但查德威克当时在德国市场发现了一种放射性牙膏，并说服警卫提供给他使用。 此外，他还用一些锡纸和木头制作了验电器中子物理学家，并做了一些简单的实验。
战后，查德威克返回英国，并于 1921 年在时任剑桥大学卡文迪什实验室主任卢瑟福的指导下，在剑桥大学完成了博士学位。 因此查德威克能够继续研究放射性，使用比锡箔和牙膏复杂得多的设备。 1923年，查德威克被任命为卡文迪什实验室的助理主任。
卢瑟福于1911年发现了原子核，并于1919年观察到了质子。不过，似乎原子核中除了质子之外还应该有别的东西。 例如，已知氦的原子序数为2，但其质量数为4。一些科学家认为，原子核中有额外的质子以及同等数量的电子，可以中和多余的电荷。 1920年，卢瑟福提出电子和质子应该形成一种新的中性粒子。 但这种说法没有真正的证据，而且所提出的中性粒子也很难检测到。
查德威克继续从事其他研究项目，但继续思考这个问题。 1930年左右，包括德国物理学家博特（1954年获得诺贝尔奖）和他的学生贝克（H.）在内的几位研究人员已经开始利用从钋中获得的α粒子撞击铍，进而研究铍产生的辐射。 一些物理学家认为，铍发出的高穿透性辐射是由高能质子组成的。 但查德威克注意到这种辐射的几个特殊性质，并开始认为它可能由中性粒子组成，正如卢瑟福所提出的那样。
一项实验特别引起了他的注意：弗雷德里克和艾琳·居里（居里夫人的长女和女婿）正在研究铍撞击石蜡的效果。 辐射，但当时无法证实其性质。 他们发现，辐射还会从目标中的氢原子中撞出质子，并且这些质子以极高的速度反冲出去。
约里奥-居里认为击中石蜡目标的辐射一定是高能伽马光子，但查德威克觉得这种解释不合适。 查德威克推断，光子没有质量，不会将像质子一样重的粒子从目标中击出。 1932年，他亲自尝试了类似的实验，并确信铍发出的辐射实际上是一种中性粒子，质量大约相当于质子。 除了石蜡之外，他还尝试使用其他目标，包括氦、氮和锂，这帮助他确定新粒子的质量仅比质子大一点。
查德威克还注意到，由于中子不带电荷，因此它们可以比质子更深入地穿透目标。
经过仅仅两周的实验，查德威克于 1932 年 2 月发表了一篇题为“中子的可能存在”的论文。 他在论文中指出，实验证据表明，对这种神秘射线的正确解释应该是中子，而不是伽马射线光子。 几个月后，即 1932 年 5 月中子物理学家，查德威克发表了一篇更具结论性的论文，题为“中子的存在”。
到1934年，人们证实新发现的中子是一种基本粒子，而不是卢瑟福最初提出的质子和电子的组合。
中子的发现很快改变了科学家对原子的看法，查德威克也因这一发现获得了 1935 年诺贝尔奖。 科学家们很快了解到，新发现的中子是一种不带电但相当重的粒子，可用于探测其他原子核。 不久之后，科学家发现用中子撞击铀会导致铀核分裂，释放出大量可用于制造核武器的能量。 查德威克发现了中子，为原子弹铺平了道路，他实际上在二战期间参与了曼哈顿计划。 他于 1974 年去世。
（本文转载自2010年6月《物理双月刊》，网址：；肖如坡，自由撰稿人；杨新楠，台湾大学物理系，Email：.tw）
