詹姆斯·查德威克

1932 年之前，原子核是一个算不平的账。原子序数说核带 Z 个单位正电荷，原子量却常常是 2Z 左右——多出来的质量从哪来？当时的答案是核里还塞着额外的质子，再配上同样数目的电子把电荷抵消掉。这个说法解释了质量，却和量子力学处处打架。

铁丝网里的四年

查德威克 1911 年从曼彻斯特毕业后进了卢瑟福的实验室，1913 年拿到奖学金去柏林跟盖革做事。第二年夏天一战爆发，他作为敌国侨民被关进鲁勒本——柏林郊外一个赛马场改成的拘留营，住在马厩里。

他在营里办起了一个「科学社」，用能弄到的牙膏管锡箔、罐头和牙医送的放射性材料做实验，还给同营的人讲物理。四年后放出来时，他健康被毁，但没有落下这门学问。

一个找了十二年的东西

1920 年，卢瑟福在贝克讲演中提出一个猜想：核里也许有一种质量与质子相当、但不带电的粒子。查德威克接下了这个题目，断断续续找了十二年，一无所获——不带电的东西不留径迹、不被电磁场偏转，几乎是为「测不到」而生的。

1930 年，德国的博特与贝克尔发现，用 α 粒子轰击铍会放出穿透力极强的辐射，他们判断是伽马射线。1932 年 1 月，巴黎的约里奥-居里夫妇更进一步：这种辐射能把石蜡里的质子打飞出来，他们还是叫它伽马射线。

查德威克在剑桥读到这篇报告的那天就明白，这个解释不可能对。伽马射线是没有质量的光子，要把质子撞得那么快，需要的能量高得荒唐。他放下手头一切，连续工作了两个多星期。

动量守恒的两个方程

他的判决实验朴素得像中学题。让那束未知辐射分别去撞氢和氮，测出被撞飞的核的速度。如果来的是一颗质量为 m 的粒子，弹性碰撞的动量与能量守恒会给出两个方程、两个未知数（m 和入射速度），解出来就行。

答案是：这颗粒子的质量与质子几乎一样。它不带电，所以之前谁都没看见。

1932 年 2 月 17 日，《自然》刊出了他那篇不到一页的通讯，标题是《中子存在的可能性》。三年后他得了诺贝尔奖。

打开核的钥匙

中子被发现后，实验核物理换了工具。α 粒子带正电，冲向原子核时会被同性电荷狠狠推开，能进去的少之又少；中子不带电，可以径直走进核里。

费米马上意识到了这一点，开始用中子系统地轰击每一种元素；哈恩、迈特纳和斯特拉斯曼沿着同一条路走下去，1938 年撞出了铀核的分裂。查德威克本人则在 1941 年主笔 MAUD 报告，论证原子弹在工程上可行——那份报告送到美国，直接改变了罗斯福政府的态度。他找了十二年的那颗中性粒子，十年之内改写了世界政治。