中子和質子
原子核的兩個組成粒子
中子（n）和質子（p）同為原子核的兩個組成粒子（統稱為核子），分別由不同的三個夸克構成。其區別是，質子帶一個單位的正電荷，而中子不帶電。在原子核內，通過β衰變（包括β-衰變、β+衰變和軌道電子俘獲），質子和中子可互相轉換：p-->n+β++ν(中微子)；n-->p+β-+ν¯（反中微子）。中子由一個帶2/3e正電荷的上夸克和兩個帶1/3e負電荷的下夸克組成，兩種夸克的電荷相互抵消，所以中子不顯電性。自由中子的質量為1.6749×1024g,是電子質量的1838.68倍。中子和質子的尺寸相仿，均在2.5×10-15米數量級。自由中子是不穩定的，可通過弱相互作用衰變為質子，放出一個電子和一個反中微子，半衰期為（10.61±0.16）分。中子自旋為1/2，中子的磁矩為-1.91304275 單位核磁子。標準模型預言中子具有微小、非零的電偶極矩。
質子是氫原子核。由兩個帶2/3e正電荷的上夸克和一個帶1/3e負電荷的下夸克組成，帶一個單位正電荷，質量約1.6726×10–24g，約為電子質量的1836.15倍。質子自旋為1/2，磁矩為2.7928 單位核磁子。質子半衰期最短為 1035年。迄今為止，質子被認為是一種穩定的、不衰變的粒子。但也有理論認為質子可能衰變，只不過其壽命非常長。
中子的概念是由盧瑟福(E.Rutherford)提出的，中子的存在是1932年由查德威克(J.Chadwick)用α粒子轟擊鈹的實驗中證實的。1930年，德國科學家玻特(W.Bothe)和其學生貝克(H.Becker)用鐳的α-射線轟擊鈹原子時，發現射出的不是盧瑟福觀察到的穿透力不強的質子，而是一種能穿透幾英寸鉛板的輻射--鈹輻射。1931年，約里奧·居里(F.&I.Jolio Curie)夫婦用強α源進行實驗時，發現鈹輻射能從石蠟里打出質子。當恰德威克看到約里奧·居里夫婦的研究報告后，立即把鈹輻射與他的老師盧瑟福提到的中性粒子結合起來，用實驗證明了鈹輻射就是有質量的中性粒子，並定名為中子。
由於中子是電中性的，它具有很強的穿透力。電中性的中子在物質中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知。中子的穿透力強，而且對人體有危害，對中子需要進行有效的屏蔽。中子的電中性使得我們無法以電磁場來加速、減速或束縛它；自由中子僅對磁場有很微弱的作用（因為中子存在磁矩）。
中子以聚集態存在於中子星中。太陽系裡的中子主要存在於各種原子核中。自由中子有著廣泛的應用。由於它不帶電，中子是研究核反應很好的轟擊粒子，即使能量很低，也能引起核反應。中子核反應主要有：
①、中子誘發核裂變。某些重核如U俘獲中子發生裂變，同時還放出2～3個瞬發中子，並釋放很大的裂變能，這種中子的增殖可使裂變反應持續不斷進行，形成鏈式裂變反應，這是獲取核能的重要途徑。
②、中子輻射俘獲。中子被核俘獲后形成複合核，然後通過放出一個或多個γ光子退激，研究γ射線的能譜可以得到複合核能級結構、輻射過程性質的信息，（ n，γ ）反應對一切穩定核都是重要的，甚至中子能量很低時也能發生，（n，γ）反應還是生產核燃料、超鈾元素等的重要反應。
此外，還有中子的彈性散射和非彈性散射；中子被核吸收可放出 2個、3 個或多個中子的（ n，2n ）、（ n ，3n）、（ n ，xn）反應；發射帶電粒子的（n，X）反應等。中子核反應在研究核結構和核反應機制及核能利用中佔有重要地位。
中子具有波動性，慢中子的波長約10米，與晶體內原子間距相當。因此，中子可用來研究物質的微觀結構，中子衍射是研究晶體結構的重要技術。中子在工業、技術、醫學、生物、材料等諸方面有著廣泛的、並在不斷發展與開拓的應用，如中子活化分析、中子嬗變摻雜、中子測水、中子測井、中子照相、中子治癌、中子育種、利用中子反應生成放射性同位素等等。
1918年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮原子核的實驗，發現了穿透力比α更強的粒子。發現了穿透力比α更強的粒子。他把這種粒子引進到電、磁場中，根據它在電場和磁場中的偏轉，測出了它的質量和電量，確定它就是氫原子核，又叫做質子。後來，人們用同樣的方法使氟、鈉、鋁等核發生了類似的轉變，並且都產生了質子。由於各種核里都能轟擊出質子，可見質子是原子核的組成部分。
