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last_modified: "2026-10-24"
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[原子核怎样反应与组织](https://sandboxphysics.com/zh/stories/nuclear-particle/#nuclear)

原子核 · 粒子 · 实验

# 中子是怎样把自己撞出来的

一种自己不留下带电径迹的粒子，人们怎样认出它？

Sandbox Physics · 2026-10-24

诺奖贡献：1935-1

## 石蜡让探测器响得更多

1932年，查德威克面对一种奇怪的辐射。用钋放出的阿尔法粒子轰击铍，铍就会发出穿透力很强的东西。人们起初把它当成伽马射线，也就是能量很高的光。约里奥—居里夫妇却发现，在途中放一片石蜡，后面的探测器反而更容易记录到电离。石蜡里有很多氢，被打出来的是高速质子。

普通氢原子的原子核就是一个质子。现在，一个看不见的东西撞上它，把它从石蜡里打了出去。虽然入射者自己没有显出带电径迹，撞出去的质子却能测。查德威克抓住了这个办法：先看靶子怎样运动，再倒过来问，来者究竟是高能光，还是一种有分量的粒子？

来源：[1] [2]

## 不能只解释氢这一种靶子

装置不必直接“看见”中性辐射。前面放钋和铍组成的源，中间让辐射撞击材料，后面用小电离室与放大器记录带电粒子进入时释放的电荷。膨胀云室还能显出反冲粒子的轨迹。来自铍的东西留下了什么结果，比它有没有自己的轨迹更重要。

用能量特别高的光来解释，起初看起来仍有希望。只要把光子的能量设得特别大，就能解释质子为什么飞得那么快。查德威克最初的短文讨论过大约五千万电子伏特的能量。电子伏特是原子物理常用的能量单位，这已经远远超过普通化学变化的尺度。可同一束辐射还必须解释别的材料，不能每换一种靶子就另换一个故事。

查德威克比较了氢和更重的原子核，尤其注意氮核的反冲。靶子质量不同，同一个入射者能传过去的能量也不同。能够把质子打得那样快的光，按能量和动量守恒算出来，却不能同时解释测到的氮核反冲。第二种靶子把问题逼得更紧了。

来源：[1] [2]

## 质量接近质子的粒子正合适

可以先想一颗球撞另一颗球。两球质量差不多，运动的球能把很大一部分能量交给原来静止的球；目标重得多，传过去的比例就会变小。原子核的碰撞需要量子理论来完整描述，能量和动量仍然必须守恒。比较不同质量的靶子，正是利用了这两条共同规则。

假如入射者不带电，质量又接近质子，那么氢的强烈反冲和较重原子核的表现就能一起解释。它不带电，也就不会像带电粒子那样一路受到强烈的电作用，能穿过相当厚的材料。1932年2月，查德威克提出了中子的解释。它的身份由几件事共同显出来：容易穿透、碰撞时带着可观的动量、质量接近质子。

最强的反冲尤其有用。同一束辐射撞进材料，会以不同角度发生碰撞，反冲能量自然有高有低。最高端说明，在最有利的碰撞条件下，入射者最多能交过去多少能量。换靶子以后，再比较这个上限，就能追问入射粒子的质量。每次碰撞不必完全一样，整群反冲的分布本身就在提供信息。

来源：[1] [2]

## 原子核里补上了什么

一个原子核的正电荷告诉我们，它有多少质子；多数原子核的质量，却远比这些质子加起来更大。中子提供了有质量而不增加电荷的组成部分。同一种元素可以有不同同位素：质子数一样，中子数不同。它们在化学上相近，原子核质量却不同，这就有了清楚的解释。

中子还成了新的实验工具。质子靠近带正电的原子核，会先被电斥力挡住；中子没有这道电障碍，在较低能量下也能进入核附近。1932年的反冲实验通向了后来的中子诱发核反应，查德威克于1935年获奖。早期文献还讨论过中子可能由质子和电子紧密结合而成；现代物理知道中子由夸克组成。留下来的发现方法很耐用：看几种不同靶子怎样被撞，要求同一个入射者把结果一起讲通。

来源：[2]

## 来源与阅读说明

1. [James Chadwick, Possible Existence of a Neutron, Nature 129, 312 (1932)](https://doi.org/10.1038/129312a0)

   最初的短文比较质子与氮核反冲，提出质量接近质子的中性粒子。

2. [James Chadwick, The neutron and its properties (Nobel Lecture, 1935)](https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/chadwick-lecture.pdf)

   查德威克回顾铍源、反冲测量，以及怎样从碰撞推断中子。

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