中子是一种不带电荷的粒子，几乎存在于每个原子的原子核中，与质子相伴。中子的直径约为 1.7 飞米，这是其磁半径——描述磁性分布范围的量——的两倍。1 飞米等于十亿分之一米的百万分之一，即 10⁻¹⁵ 米。

大小

中子没有坚硬的表面，它由三个更小的粒子组成——一个上夸克和两个下夸克，由强力束缚在一起，强力也是把中子和质子结合成原子核的作用力。上夸克带正电，下夸克带负电，二者的电荷相互抵消。

质子的大小是根据其电荷的分布情况测出的，但这种方法对中子不适用。中子内部正负电荷的分布方式各不相同，因此按常规方法算出的电荷半径会是负数，而负数不可能是宽度。于是物理学家改用中子的磁性来测量。

中子的作用就像一块微小的磁铁。汇总全球粒子测量数据的粒子数据组给出的磁性平均半径为 0.864 飞米，精度约为 1%。散射实验也表明，中子和质子的大小大致相同。

大小比较

• 中子的大小和质子大致相同。用同样的方法——根据磁性——测量，它们的半径相差不到 2%。
• 氦原子核由两个中子和两个质子组成，直径约为 3.4 飞米，大约是单个中子宽度的两倍。
• 如果把中子放大到篮球那么大，最常见的铀同位素——含有 146 个中子和 92 个质子——的原子核，直径就会约为 1.6 米。
• 大约 600 亿个中子并排排列，宽度就相当于一根人类头发的宽度，约 0.1 毫米。

中子的发现过程

1930 年，瓦尔特·博特和赫伯特·贝克尔用阿尔法粒子——即氦原子核——轰击金属铍，铍因此释放出一种很强的穿透性辐射，一些物理学家当时认为这是一种与光同类的高能辐射。1932 年，在英国剑桥卡文迪什实验室工作的詹姆斯·查德威克证明，这种辐射其实是由质量与质子相近的中性粒子组成的。欧内斯特·卢瑟福此前曾提出，原子核中可能存在这样的粒子，它们因此被命名为中子。

由于中子不带电，原子核的正电荷不会把它排斥开。因此中子能够到达并分裂哪怕是最重的原子核，查德威克的发现也为分裂铀原子核开辟了道路。他因此获得了 1935 年诺贝尔物理学奖。

独自存在的中子

离开原子核后，中子存在的时间并不长。它平均能存活约 15 分钟（878 秒），随后衰变成一个质子、一个电子和一个叫作反中微子的粒子。中子比质子略重，大约重 0.14%。

参考资料

• 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.