中子的發現是物理學史上的一個重要里程碑。1932年，詹姆斯·查德威克通過實驗發現了中子。在此之前，原子核被認為僅由質子和電子組成。查德威克的實驗涉及用α粒子轟擊鈹，結果發射出一種中性輻射。這種輻射后來被確定為中子。查德威克的發現提供了對原子結構的更完整理解，并因此在1935年獲得了諾貝爾物理學獎。

中子不是基本粒子，它們由更小的粒子——夸克組成。具體來說，一個中子由三個夸克組成：兩個下夸克和一個上夸克。夸克本身帶有分數電荷，一個上夸克的電荷為 2/3個基本電荷單位，而一個下夸克的電荷為-1/3個基本電荷單位。當我們將中子中夸克的電荷相加時得到0，這種電荷的平衡導致中子沒有凈電荷。

中子內的夸克由強核力（由膠子介導）結合在一起。強核力非常強大，遠強于控制帶電粒子相互作用的電磁力。這種力確保了夸克在中子內保持結合，盡管它們各自帶有電荷。強核力在非常短的范圍內起作用，有效地中和了電磁力，否則這些力會導致夸克相互排斥。

中子在原子核的穩定性中起著至關重要的作用。質子帶正電，由于電磁力相互排斥。如果沒有中子，質子之間的排斥力會導致原子核分裂。中子由于是中性的，不會增加這種排斥力。相反，它們增加了保持原子核結合在一起的強核力。這使得中子對于除最簡單的氫核（由一個質子組成）之外的所有原子核的穩定性都是必不可少的。

中子的中性特性對原子結構和實際應用有著重要影響。例如，由于中子不受電場影響，它們可以深入穿透材料。這一特性使它們在各種科學和工業中非常有用：

• 中子散射：中子散射技術用于研究材料的原子和磁結構。由于中子是中性的，它們可以深入穿透材料而不被電場偏轉，從而提供有關物質內部結構的詳細信息。這一技術廣泛應用于材料科學、生物學和化學領域。

• 核反應堆：中子在核反應堆中起著至關重要的作用。在裂變反應堆中，中子用于維持釋放能量的鏈式反應。當中子與可裂變核（如鈾-235）碰撞時，會導致核裂變，釋放能量和更多的中子。這些額外的中子可以引發進一步的裂變反應，形成自持鏈式反應。

• 醫學應用：中子用于某些醫療治療，如硼中子俘獲療法（BNCT）治療癌癥。在BNCT中，患者注射一種含硼化合物，該化合物優先積聚在癌細胞中。當患者暴露于中子束時，硼原子俘獲中子并發生反應，摧毀癌細胞而不損傷周圍健康組織。

中子研究是一個充滿活力的領域，科學家們正在探索中子行為和應用的各個方面。以下是一些正在進行的關鍵研究領域：

中子壽命測量：中子研究中的一個有趣難題是精確測量中子的壽命。雖然中子在原子核內是穩定的，但自由中子（未結合在原子核內的中子）是不穩定的，會經歷一種稱為β衰變的過程。不同的實驗方法得出了略有不同的結果，導致了一個科學家們急于解決的差異。精確測量中子的壽命對于理解粒子物理和宇宙學中的基本過程至關重要。

中子電偶極矩（EDM）：研究人員正在調查中子是否可能具有微小的電偶極矩，這將表明中子內部存在正負電荷的分離。檢測到中子EDM將對我們理解宇宙產生深遠影響，可能提供有關宇宙中物質-反物質不對稱性的見解。

中子成像：中子成像是一種在材料科學、工程學和考古學等領域中使用的強大技術。與X射線不同，中子可以穿透重金屬，并對氫等輕元素特別敏感。這使得中子成像成為研究從工業部件到古代文物等復雜物體內部結構的寶貴工具。