■肖如坡、楊新楠/譯
■譯自 APS 新聞，2007 年 5 月
詹姆士
直到 20 年代，物理學家才知道原子的大部分質量都集中在含有質子的中央原子核中。 1932 年 5 月，查德威克（詹姆斯）宣布原子核中存在一種新的不帶電粒子，他將其稱為中子。
查德威克 1891 年出生于英國曼徹斯特的一個工人階級家庭。 他是一個害羞的孩子，但他的聰明才智引起了老師的注意，并被送到曼徹斯特大學學習物理。 在那里，他與盧瑟福（1871-1937，1908年諾貝爾化學獎獲得者）一起研究了各種類型的輻射。
1914年，查德威克決定跟隨蓋革前往德國進行研究，但不幸的是，他抵達后不久就爆發了第一次世界大戰，查德威克最終被關進了那里的戰俘營。 花了4年時間。 但這并沒有徹底結束他的科學研究。 為了避免無聊，他和幾名戰俘組成了一個科學社團，互相講學，還設法說服看守讓他們建立一個小實驗室。 盡管許多化學品很難獲得，但查德威克當時在德國市場發現了一種放射性牙膏，并說服警衛提供給他使用。 此外，他還用一些錫紙和木頭制作了驗電器中子物理學家，并做了一些簡單的實驗。
戰后，查德威克返回英國，并于 1921 年在時任劍橋大學卡文迪什實驗室主任盧瑟福的指導下，在劍橋大學完成了博士學位。 因此查德威克能夠繼續研究放射性，使用比錫箔和牙膏復雜得多的設備。 1923年，查德威克被任命為卡文迪什實驗室的助理主任。
盧瑟福于1911年發現了原子核，并于1919年觀察到了質子。不過，似乎原子核中除了質子之外還應該有別的東西。 例如，已知氦的原子序數為2，但其質量數為4。一些科學家認為，原子核中有額外的質子以及同等數量的電子，可以中和多余的電荷。 1920年，盧瑟福提出電子和質子應該形成一種新的中性粒子。 但這種說法沒有真正的證據，而且所提出的中性粒子也很難檢測到。
查德威克繼續從事其他研究項目，但繼續思考這個問題。 1930年左右，包括德國物理學家博特（1954年獲得諾貝爾獎）和他的學生貝克（H.）在內的幾位研究人員已經開始利用從釙中獲得的α粒子撞擊鈹，進而研究鈹產生的輻射。 一些物理學家認為，鈹發出的高穿透性輻射是由高能質子組成的。 但查德威克注意到這種輻射的幾個特殊性質，并開始認為它可能由中性粒子組成，正如盧瑟福所提出的那樣。
一項實驗特別引起了他的注意：弗雷德里克和艾琳·居里（居里夫人的長女和女婿）正在研究鈹撞擊石蠟的效果。 輻射，但當時無法證實其性質。 他們發現，輻射還會從目標中的氫原子中撞出質子，并且這些質子以極高的速度反沖出去。
約里奧-居里認為擊中石蠟目標的輻射一定是高能伽馬光子，但查德威克覺得這種解釋不合適。 查德威克推斷，光子沒有質量，不會將像質子一樣重的粒子從目標中擊出。 1932年，他親自嘗試了類似的實驗，并確信鈹發出的輻射實際上是一種中性粒子，質量大約相當于質子。 除了石蠟之外，他還嘗試使用其他目標，包括氦、氮和鋰，這幫助他確定新粒子的質量僅比質子大一點。
查德威克還注意到，由于中子不帶電荷，因此它們可以比質子更深入地穿透目標。
經過僅僅兩周的實驗，查德威克于 1932 年 2 月發表了一篇題為“中子的可能存在”的論文。 他在論文中指出，實驗證據表明，對這種神秘射線的正確解釋應該是中子，而不是伽馬射線光子。 幾個月后，即 1932 年 5 月中子物理學家，查德威克發表了一篇更具結論性的論文，題為“中子的存在”。
到1934年，人們證實新發現的中子是一種基本粒子，而不是盧瑟福最初提出的質子和電子的組合。
中子的發現很快改變了科學家對原子的看法，查德威克也因這一發現獲得了 1935 年諾貝爾獎。 科學家們很快了解到，新發現的中子是一種不帶電但相當重的粒子，可用于探測其他原子核。 不久之后，科學家發現用中子撞擊鈾會導致鈾核分裂，釋放出大量可用于制造核武器的能量。 查德威克發現了中子，為原子彈鋪平了道路，他實際上在二戰期間參與了曼哈頓計劃。 他于 1974 年去世。
（本文轉載自2010年6月《物理雙月刊》，網址：；肖如坡，自由撰稿人；楊新楠，臺灣大學物理系，Email：.tw）
