中子是一種不帶電的粒子，幾乎存在於每個原子核中，與質子一起構成原子核。它的直徑大約是1.7飛米，這個數值是其磁半徑（描述磁性分布範圍的量）的兩倍。一飛米是一百萬分之一的十億分之一公尺（10⁻¹⁵公尺）。

大小

中子沒有堅硬的表面，而是由三個稱為夸克的更小粒子構成：一個上夸克和兩個下夸克，靠強力結合在一起，這也是把中子和質子結合成原子核的同一種力。上夸克帶正電，兩個下夸克帶負電，彼此的電荷相互抵消。

質子的大小是依電荷分布來測量，但這個方法並不適用於中子。中子內部正負電荷的分布方式並不相同，因此若用一般的電荷分布方式計算，得到的結果會是負數，而負數不可能代表寬度。因此物理學家改用中子的磁性來測量它的大小。

中子的作用就像一個微小的磁鐵。彙整全球粒子測量數據的「粒子數據組」（Particle Data Group）指出，這種磁性分布的平均半徑是0.864飛米，誤差大約1%。散射實驗也顯示，中子和質子的大小大致相同。

大小比較

• 中子和質子的大小大致相同。用同樣的方式（磁性分布）測量時，兩者的半徑相差不到2%。
• 氦原子核由兩個中子和兩個質子組成，直徑大約是3.4飛米，大約是單一中子寬度的兩倍。
• 如果把中子放大到籃球的大小，含有146個中子和92個質子的最常見鈾同位素，其原子核直徑會變成大約1.6公尺。
• 把大約600億個中子並排排列，就能達到人類頭髮的寬度，大約0.1公釐。

中子的發現

1930年，瓦爾特．波特（Walther Bothe）和赫伯特．貝克（Herbert Becker）以阿爾法粒子（即氦原子核）撞擊金屬鈹，結果產生了一種強烈且穿透力極強的輻射，當時有些物理學家認為這是一種與光同類的高能輻射。1932年，任職於英國劍橋卡文迪許實驗室的詹姆斯．查兌克（James Chadwick）證實，這種輻射其實是由質量與質子相近、不帶電的粒子所組成。歐尼斯特．拉塞福（Ernest Rutherford）先前曾提出原子核中可能存在這類粒子，後來這種粒子被命名為中子。

由於中子不帶電，原子核的正電荷無法把它排斥開來，因此中子能夠接近並分裂即使是最重的原子核，查兌克的這項發現也開啟了分裂鈾原子核的途徑。他因此獲得1935年諾貝爾物理學獎。

獨立存在的中子

中子一旦離開原子核，存在的時間不會太久。平均而言，中子大約15分鐘（878秒）後就會衰變成一個質子、一個電子，以及一種稱為反微中子的粒子。中子的質量比質子略重，大約重0.14%。

參考資料

• Summary Tables: Baryons. Particle Data Group, 2025.
• Measurement of the neutron charge radius and the role of its constituents. Atac et al., Nature Communications, 2021.
• The proton radius and its relatives – much ado about nothing?. Ulf-G. Meißner, plenary talk at the International Nuclear Physics Conference, 2022.
• Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• James Chadwick: Facts. Nobel Prize Outreach.
• James Chadwick: Biographical. Nobel Prize Outreach.
• Walther Bothe: Facts. Nobel Prize Outreach.
• Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Nuclear Charge Radii. International Atomic Energy Agency, 2013.
• Uranium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.