在物理學史上，中子的發現經歷了壹段曲折而富戲劇性的認識過程。它曾與著名的實驗物理學家約裏奧·居裏夫婦擦肩而過，而給這對夫婦帶來幾多遺憾。今天，重溫這段歷史，仍使我們受到不少啟迪。
中子的發現是與人們對原子核的結構的探索分不開的。
1． 質子的發現和原子核的“質子—電子”模型假說
1911年，英國物理學家盧瑟福根據α粒子散射實驗的結果提出了原子的核式結構模型，這個模型得到玻爾的支持和發展，很快得到物理學家們的公認。此後，壹系列問題又擺在物理學家們的面前：原子核是由什麽構成的？原子核還有沒有結構、能不能再分？
1919年，盧瑟福做了用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核的實驗，發現了質子，第壹次實現了原子核的人工嬗變。當時人們認識到的基本粒子僅限於質子、電子和光子，這樣在本世紀20年代，人們普遍認為，原子核是由質子和電子組成的，並假定，原子量為N、原子序數為Z的核應由N個質子、N—Z個電子組成的，這個原子核又與Z個軌道電子組成中性原子，這就是原子核的“質子—電子”模型。但這個假說卻遇到了壹定的困難。困難之壹：電子究竟以什麽狀態在原子核內。在“質子—電子”模型假設中，電子是以個體方式在核內存在的，原子核的半徑估計為 ，當N=238時R約為8.7 厘米，而電子的經典半徑是2.8 厘米，作為個體部分的電子竟與核的整體幾乎相差無幾！這是不可想象的；困難之二：根據海森堡1927年提出的測不準原理，把電子束縛在很小的核內，它的動量將有很大的不確定性，因而它在核內逗留的時間不能超過幾分之壹秒；困難之三：它與量子力學中的多體統計與自旋理論相矛盾。1925年，烏倫貝克和古德斯密特根據光譜提出，電子具有自旋，它的量子數等於1/2，質子的量子數也等於1/2，這樣對氮核來說，由於它有14個質子和7個電子，因而這些粒子的總自旋數應取分數值，然而實驗表明，氮原子核的自旋等於1。對於後兩個困難，不少著名物理學家懷疑是量子力學不適用於原子核內部，而絲毫不懷疑“質子—電子”模型本身存在問題。
2． 盧瑟福關於“中子”的預言
在“質子—電子”模型的後兩個困難還沒有出現時，針對第壹個困難，盧瑟福就指出（1920），如果把壹個質子和壹個電子作為壹個復合體，看成是單獨的壹個粒子，理論的矛盾就能夠得到解決，這種“質子—電子”復合體應當是電中性的。他預言道：“在某些條件下，壹個電子有可能更緊密地同氫核相結合，從而形成壹個中性偶極子。這樣壹個原子將具有很異常的特性。它的外部電場實際上將等於零，除非很靠近它的核。因此，它能夠很自由地通過物質。用分光鏡來探測它的特性可能是困難的，把它保存在壹個密閉的容器中也是不可能的。另壹方面，它應當很容易地進入原子結構中，或是同核結合，或是被核的強場分裂。”盧瑟福聲稱：“這種原子的存在對於解釋重元素的原子核的組成看來是必不可少的”。20年代初，卡文迪什實驗室的研究者們，曾試圖使強電流通過氫放電管來探測這種假設的“中子”的生成，均未獲成功。
3． 博特的鈹輻射實驗
1930年，德國物理學家博特（w.w.G.Bothe,1891~1957）和貝克(H.Becker)用α粒子轟擊較輕的元素，特別是轟擊鈹時，發現從鈹中發射壹種強度不大但穿透力極強的射線。這種射線在電場和磁場中都不發生偏轉（因而不帶電），在穿透2厘米厚的鉛板之後，射線的強度只減弱13%。當時把這種射線稱作是鈹輻射。根據當時已經發現的各種輻射的研究，α射線和β射線都沒有這麽強的穿透力。唯壹能穿透鉛板且不帶電的是γ射線，因此這兩位物理學家錯誤地認為他們發現的是高能γ射線。根據這種射線在透過鉛板後強度減弱的情況，他們推算出這種射線的能量約為10兆電子伏特左右。
4． 約裏奧·居裏夫婦的鈹輻射轟擊石蠟實驗
1932年，約裏奧·居裏夫婦重復了博特的鈹輻射實驗，他們的實驗條件很好，有強大的射線源，很容易就得到與博特相同的結果。為了測量物質對鈹輻射的吸收，他們把各種物質放在鈹板與輻射測量儀之間，意外地發現，當把石蠟放在鈹輻射經過的路徑上時，輻射測量儀記錄到的粒子數不僅沒有減少，反而比不放石蠟時多得多。經過鑒定，他們發現，從石蠟裏飛出的是質子。這表明，鈹輻射從石蠟中打出了質子。根據打出的質子的速度，他們推算出這種射線的能量是50兆電子伏特，這與上述10兆電子伏特相去甚遠。然而，約裏奧·居裏夫婦還是沿著博特的錯誤思路思考，他們把這壹現象解釋為光子同質子的康普頓散射。1932年1月18日，約裏奧·居裏夫婦發表了他們的實驗結果和評論。由於他們對理論的輕視，使他們白白失去了壹次發現中子的機會。
5．查德威克發現中子
約裏奧·居裏夫婦的論文傳到英國，英國物理學家查德威克看了他們的論文並把論文的內容告訴了盧瑟福。據說盧瑟福聽了他們的解釋時大聲喊道：“我不相信”， 查德威克也不相信這種解釋，他經過壹番思考，隨即意識到：反沖質子有這麽大的能量絕不可能是光子碰撞的結果，而很可能是十年前盧瑟福所預言的“中性粒子”碰撞所致。他用釙加鈹作為放射源，使用這種新射線去轟擊氫、氦、氮等元素，結果發現這種射線的性質與通常的射線有所不同，通常的射線照射到物質上，物質密度越大，對射線吸收的就越厲害。而這種射線的性質剛好相反，密度越小的物質越容易吸收它。查德威克用這種射線去轟擊氫原子時發現，氫原子核被彈射出去，這說明這種射線是具有壹定質量的粒子流。由於這種粒子流不帶電，電場和磁場對它不起作用，所以不能利用它在磁場或電場中的徑跡來計算它的質量。查德威克認為，這種粒子穿過物質時它將與物質中的原子核發生彈性碰撞，從而把能量傳遞給原子核，使被碰撞的原子核運動，測出被碰原子核的速度，就可根據動量守恒和能量守恒把這種粒子的質量算出來。通過對氫原子和氮原子的轟擊，他算出這種粒子的質量與質子的質量近乎相等，他把這種射線的粒子稱為“中子”
6． 中子發現的意義
中子的發現對核物理學的發展有巨大而深遠的影響。中子是壹種全新的粒子，它的發現，使得建立壹種沒有電子參與的原子核模型成為可能，也解決了量子力學是否適用於原子核內部的問題。就在中子發現不久，著名物理學家海森堡就發表論文指出，量子力學同樣適用於原子核內部，並指出原子核是由質子和中子構成的。由於中子不帶電，它和原子核之間沒有庫侖斥力，它可以到達所有的原子核，使促使原子核嬗變的最有效工具；中子的發現還導致了對核力的研究，促進了粒子物理學的發展。
7． 幾點啟示
“中子”這個概念最初是盧瑟福為解決理論面臨的困難提出來而後又在實驗中找到的。查德威克所以獲得成功的原因之壹是，他在思想上對中子的概念早有考慮。在此之前，他曾用強放電或其他方法企圖產生中子，未獲成功，所以當中子出現時他能立即清楚而令人信服地發現了它；而約裏奧·居裏夫婦，由於沒有這種思想準備，中子顯然在他們的實驗中出現了，可他們卻不認識它。這正如約裏奧所說：“要是我們夫妻倆聽過盧瑟福的貝克利演講的話，就不會讓查德威克捷足先登了。”這從壹個側面也反映出在科學研究中學術思想的交流是多麽必要。