一、簡介

中子（Neutron）是組成原子核的核子之一。中子是組成原子核構成化學元素不可缺少的成分（注意：氕原子不含中子），雖然原子的化學性質是由核內的質子數目確定的，但是如果沒有中子，由于帶正電荷質子間的排斥力（質子帶正電，中子不帶電），就不可能構成除只有一個質子的氫之外的其他元素。中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。

二、性質

穩定性和β衰變

中子β衰變的費曼圖。經由一個W玻色子，中子衰變為一個質子，同時釋放出一個電子和一個反電子中微子。

中子由三個夸克構成。根據標準模型，為了保持重子數守恒，中子唯一可能的衰變途徑是其中一個夸克通過弱相互作用改變其味。組成中子的三個夸克中，兩個是下夸克（電荷

），另外一個是上夸克（電荷

）。一個下夸克可以衰變成一個較輕的上夸克，并釋放出一個W玻色子。這樣中子可以衰變成質子，同時釋放出一個電子和一個反電子中微子。

自由中子的衰變

自由中子不穩定。據此估計其半衰期為611.0±1.0 秒（大概10分鐘11秒）。[18]中子的衰變可用以下方程描述：[19]

根據中微子、質子和電子的質量，此反應的衰變能為0.782343 兆電子伏特。如果此反應中中微子的動能忽略不計的話，已測得電子的最大能量為0.782±.013兆電子伏特。[20]這一實驗結果誤差太大，無法用于估計中微子的靜止質量。

有千分之一的自由中子會在生成質子、電子和中微子的同時，釋放出γ射線：

這種γ射線是軔致輻射的結果。當反應中釋放出的電子在質子產生的電磁場中運動時，高速運動的電子驟然減速發出的輻射。有時原子核中束縛態的中子衰變時，也會產生γ射線。

有極少量的自由中子（大概百萬分之四）會發生所謂的雙體衰變。在此反應中，電子在產生后未能獲得足夠的能量脫離質子（估計為13.6電子伏特），于是和質子生成一個中性的氫原子。反應的所有能量皆轉化為反電子中微子的動能。^[1] 

束縛態中子的衰變

不穩定原子核里的中子可以像自由中子一樣衰變。但是，中子衰變的逆過程也可以發生，即逆β衰變。質子可以轉變為一個中子，同時放出一個正電子和一個電子中微子：

質子還可以通過電子俘獲轉變成一個中子，同時放出一個電子中微子：

理論上，核內中子俘獲正電子生成質子也是有可能的。但是，兩個因素對此過程不利。一方面原子核帶正電荷，因此同正電子同性相斥。另一方面正電子和電子相遇會發生湮滅。因此正電子俘獲事件的幾率很小。

因原子核內的中子受到其他因素的制約，穩定性和自由中子不盡相同。比如，如果核內一個中子衰變成質子，核內正電荷的斥力就會增大。這個斥力的勢能就變成中子衰變的一個勢壘。如果中子不能突破這個勢壘，它就無法衰變。這也可以解釋在自由狀態下穩定的質子有時會在束縛態中轉變為中子。

電偶極矩

標準模型預言中子具有微小但非零的電偶極矩。但是測量其數值所需的精度遠遠超過實驗條件。標準模型不可能是對物理現實的最終和最完整的描述。超越標準模型的新理論得到的數值一般要比標準模型的大得多。目，前，至少有四組實驗力圖測量中子的電偶極矩：

勞厄-朗之萬研究所（Institut Laue–Langevin）的低溫中子電偶極矩實驗（CryoEDM）

保羅·謝若研究所（Paul Scherrer Institute）的中子電偶極矩實驗（nEDM）

橡樹嶺國家實驗室散裂中子源（Spallation Neutron Source）的中子電偶極矩實驗（nEDM）

勞厄-朗之萬研究所的中子電偶極矩實驗（nEDM）

磁矩

雖然中子是電中性粒子，但是中子具有微小但非零的磁矩。

反中子

反中子是中子的反粒子，是由布魯斯·考克（Bruce Cork）于1956年發現，比反質子的發現晚一年時間。CPT對稱理論對粒子和反粒子的性質有嚴格的限制，因此觀測中子-反中子可以對CPT對稱進行縝密的檢驗。中子和反中子質量差異約為9±6×10^?5，僅為2σ，不足以證明CPT對稱破缺。

中子結構和電荷的幾何分布

一篇2007年發表的文章進行了不依賴于模型的分析后作出結論，中子的外殼帶負電荷，中間層帶正電荷，而中心帶有負電荷。簡單的說，中子的電負性外殼同質子相互吸引。但是，在原子核中，質子和中子之間最主要的作用力為核力。這種力跟粒子是否帶電荷無關。

三、結構

中子對外顯示電中性而具有磁矩。高能電子、μ子或中微子轟擊中子的散射實驗顯 示中子內部的電荷和磁矩有一定的分布，說明中子不是點粒子，而具有一定的內部結構。中子是由3個更深層次的粒子——夸克構成的。中子和質子是同一種粒子的兩種不同電荷狀態，其同位旋為 1/2 ，中子的同位旋第三分量I3=－1/2。在輕核中含有幾乎相等數目的中子和質子；在重核中，中子數則大于質子數，例如鈾共有146個中子和92個質子。對于一定質子數的核，中子數可以在一定范圍內取幾種不同的值，形成一個元素的不同同位素。

四、用途

中子是研究核反應很好的轟擊粒子，由于它不帶電，即使能量很低，也能引起核反應

便攜式中子檢測儀

（見中子核反應）。中子還在核裂變反應中起重要作用。電中性的中子不能產生直接的電離作用，無法直接探測，只能通過它與核反應的次級效應來探測。

根據微觀粒子的波粒二象性，中子具有波動性，慢中子的波長約10^-10米，與晶體內原子間距相當。中子衍射是研究晶體結構的重要技術。中子是不帶電的基本粒子，靜止質量為1.6748×10^-27kg，它的半徑約為0.8×10^-15m，與質子大小類似。中子常用符號n表示。

五、反應

①、1932年英國物理學家查德威克在做了用α粒子轟擊鈹的實驗中發現了中子。

②、單獨存在的中子是不穩定的，平均壽命約為16分，它將衰變成質子、電子和反中微子ν。

③、原子核由中子和質子組成，原子核內的中子是穩定的。

④、由于中子不帶電，所以容易打進原子核內，引起各種核反應。

⑤、中子的自旋量子數為1/2。

⑥、中子包含兩個具有 -1/3 電荷的下夸克和一個具有 +2/3 電荷的上夸克，其總電荷為零。