查德威克和中子的发现

查德威克(查德威克·詹姆斯爵士)1891年10月出生于英国曼彻斯特。1911年，他以优异的成绩从曼彻斯特大学物理学院毕业。从1911年到1913年，他在卢瑟福的指导下在大学研究放射性，并获得了理学硕士学位。1923年，他被任命为卡文迪许实验室的助理主任，直到1935年。在此期间，他与卢瑟福合作，并于1932年发现了中子。他获得了1935年诺贝尔物理学奖。

卢瑟福在1919年通过用阿尔法粒子轰击氮原子来释放氢原子核，从而发现了质子。1920年，他在一次演讲中说，既然原子中有带负电荷的电子和带正电荷的质子，为什么不能有不带电荷的“中子”？他当时想象的中子是电子和质子的组合。1930年，德国物理学家伯特和贝克尔利用盖格缪勒计数器，发现金属铍在阿尔法粒子的轰击下产生穿透辐射。当时，他们认为这是一种高能硬伽马射线。1932年，八神居里和他的妻子重复了这个实验。他们惊讶地发现，这种硬伽马射线的能量大大超过了天然放射性物质发出的伽马射线的能量。与此同时，他们还发现，通过用这种射线轰击石蜡，质子可以从石蜡中喷射出来。八神庵居里夫妇将这一现象解释为康普顿效应。然而，发射的质子能量高达5.7兆电子伏。根据康普顿公式，入射伽马射线能量至少应为50兆电子伏，这在理论上是无法解释的。查德威克向卢瑟福报告了情况。卢瑟福听后非常激动，但他不同意八神居里和他妻子的解释。查德威克很快重复了上述实验。他用阿尔法粒子轰击铍，然后用铍产生的射线轰击氢和氮。结果，形成了氢核和氮核。由此，他得出结论，这种辐射不可能是伽马射线。因为伽马射线没有从原子中射出质子所需的动量。他认为，只有假设铍发出的辐射是一种质量与质子相似的中性粒子，才能解释这种现象。

他测量了仪器喷射出的氢和氮原子核的速度，并计算了这种新粒子的质量。查德威克还用其他物质进行实验，结果是未知粒子的质量和氢原子核相似。由于这种粒子不带电荷，所以被称为中子。后来，更精确的实验表明，中子的质量非常接近质子的质量，只比质子大千分之一。查德威克将他的研究成果作为论文“中子的存在”发表在《皇家学会杂志》上。查德威克用了不到一个月的时间重复了八神居里的实验并发现了中子。一方面，这是因为他的前辈为他奠定了基础，主要是因为他能打破常规，具有大胆创新的精神，敢于打破传统观念的束缚。然而，尽管八神居里和他的妻子遇到了中子，他们错过了发现中子的机会，因为他们没有给出正确的解释。