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James Chadwick (1891-1974) descubriría en el laboratorio Cavendish una particula nuclear neutra en 1932. Chadwick había sido alumno de Rutherford en Manchester, y tras el hallazgo de la desintegración del nitrógeno realizado por éste en 1917-18 había trabajado con él en la desintegración de otros elementos ligeros, tales como el aluminio, el fósforo y el flúor. En 1932 Chadwick se habíaconvertido ya en figura respetada de la física, un Fellow de la Royal Society, que actuaba como lugarteniente de Rutherford en la dirección del laboratorio Cavendish, amén de llevar adelante su propio programa de investigación.
En 1932, Iréne y Frédéric Joliot-Curie lograron un descubrimiento sorprendente que cautivó la atención de Chadwick W. Bothe y H. Becker habían encontrado, años antes, queel berilio y otros elementos ligeros emitían una radiación altamente penetrante cuando se les sometía al bombardeo de partículas alfa muy rápidas, procedentes del polonio, elemento radioactivo. Dicha radiación era mucho más penetrante que los protones emitidos en las desintegraciones nucleares estudiadas por Rutherford. Se pensó en un principio que los rayos eran de radiación electromagnética,como la luz, los rayos x o los gamma. Hasta que los Joliot-Curie observaron que los rayos procedentes del berilio expulsaban protones de la sustancia, cuando se les dirigía contra una sustancia rica en hidrógeno, una cera de parafina, por ejemplo. En ello no había motivo de sorpresa especial, pero se encontró (en los esfuerzos por desviarlos en un campo magnético) que los protones adquirían unavelocidad altísima. Los Joliot-Curie estimaron que, puesto que los rayos emitidos por el berilio constituían radiación electromagnética, el núcleo de ese elemento debería liberar diez veces más energía que la que transportaba la partícula alfa que producía los rayos en primer lugar. Los Joliot-Curie llegaron a cuestionarse incluso en estos procesos no se estaría violando la ley de conservación de laenergía.
Chadwick comenzó a estudiar los rayos de berilio. Los apunto contra nuevos materiales, además de la parafina. No tardó en hallar que, además del hidrógeno, otros núcleos retrocedían cuando los rayos en cuestión chocaban contra ellos; estos últimos, empero, se movían con una velocidad mucho menor que en el caso del hidrógeno. La imagen de una de los velocidades de retroceso que disminuían amedida aumentan los pesos atómicos del núcleo resultante era exactamente lo que había esperar en la hipótesis de que el rayo de berilio fuese una partícula con una masa cercana a la del protón, y no radiación electromagnética. Al igual que en las colisionas de partículas alfa contra núcleos, en un choque frontal con una masa y con una velocidad determinada de las partículas de los rayos deberilio se presentan dos incógnitas: la velocidad final de las partículas del rayo y la velocidad de retroceso de los núcleos contra los que inciden. Y ocurren dos condiciones que las liga: la conservación de la energía y la conservación del momento. Lo cual permite obtener esas velocidades desconocidas. En particular, la velocidad de retroceso del núcleo afectado viene dada por la fórmula que sigue:Velocidad de retroceso del núcleo golpeado = 2 X (velocidad inicial de la partícula del rayo) X (peso atómico de la partícula del rayo / peso atómico del núcleo más peso)

Se desconocía la velocidad inicial de la partícula del rayo; mas, tomando el cociente de las velocidades de retroceso para dos núcleos golpeados y diferentes, se podía eliminar del problema y obtener entonces el peso atómicode la partícula del rayo. En este sentido Chadwick observó (aprovechando datos obtenidos por Norman Feather) que el mismo rayo de berilio que provocaba el retroceso de los núcleos de hidrogeno (peso atómico 1) con una velocidad de 3,3 X 107 m/s causaba que los núcleos de nitrógeno (peso atómico 14) reculasen a 4,7 x 106 m/s. Para una velocidad inicial y un peso atómico de la partícula del rayo...