登月|基本粒子10︱质子和中子是如何被发现的？同位旋是啥东西？( 二 ) 月球

查德威克在知道这件事以后，就把这件事说给了卢瑟福，它当时在卢瑟福实验室工作，由于卢瑟福之前预言过中心复合粒子的存在，而且也从轻原子核中打出过质子，所以理所当然它就猜测α粒子从铍原子核中打出来可能就是这个中性复和粒子。
查德威克发现，铍射线与氢核、氦核、氮核发生相互作用以后，这些原子核有反冲现象，就像是两个台球之间的弹性碰撞一样，他们之间简单的交换了动能，这就更加确定了铍射线是中性质量流的想法。
接下来最重要的是，要如何确定这个中性粒子的一些性质？查德威克使用的方法是这样的，它先让铍射线去撞氢核，然后测量出氢核的反冲速度，大约为3.3×10^7米/秒，然后用相同的铍射线去撞氮核，氮核的反冲速度为4.7×10^6米/秒，氮核和氢核的相对原子质量之比大约是14 。
从这个关系中，查德威克经过计算，测出来的铍射线的相对原子质量大约为1.16 ，跟老师之前预测的中性复合粒子的相对原子质量差不所，当然这个偏差还是比较大的，主要是他测量出来的反冲速度不准。
在1932年的2月份查德威克就公布了以上的发现，在论文中查德威克就称这种粒子为中子，但是在他的心里跟老师一样，也是认为中子是质子和电子的复合粒子，它没有质子基本。
但有一个办法可以证明中子到底是不是质子和电子的复合物，那就是爱因斯坦的质能关系，说的是，复和粒子的内能，或者是复合粒子的质量一定要小于它的组分的质量，意思就是说现在你有两个馍，你把他俩穿在一起，他俩的质量必定要小于两个馍的质量，如果大于或者等于的话，两个馍的结合是不稳定的，或者说很难结合在一起，因为系统总是倾向于跑到更低的能量状态。
那到了1934年查德威克和哥德哈伯，就用伽马射线撞开了一个氘核，得到了质子和中子，并且测量的中子的质量，稍微大于质子加电子的质量，所以中子并不是质子和电子的复合物，那有些人会说，是不是少个中微子，也不是的，虽然中子的衰变产物是质子、电子和中微子，但这不代表中子就是那三种东西构成的。
从这以后，人们就相信了，中子跟质子一样基本，但是接下来问题就更加难缠了，人类这时就思考了这样一个问题，中子不带电，不能抵消质子的静电斥力，那它在原子核里面有啥用？到底是什么力量在对抗着质子的静电斥力，把核子黏在一起的？
最早的时候也就是1932年，海森堡就发表了一篇论文试图解答这个问题，他认为质子和中子是通过交换电子，才被绑在了原子核里面。
在这个过程中一个中子会放出一个电子，变成质子，然后质子会吸收这个电子变成中子，在交换电荷的时候，也就交换了能量和动量，产生了交换力，从这个描述中可以看出海森堡依旧把中子看成了质子和电子的复合物，所以它的理论肯定是错的。
而且到了1936年的时候，物理学家莫尔·图夫、海登伯格、霍夫斯塔特在研究质子和质子之间的散射实验的时候就发现，质子和质子之间有着非常强的相互作用力，这种力所导致的碰撞截面明显要大于电磁力，所以这就说明，质子和质子之间的作用力并不是电磁力，而且这种作用力在质子与质子之间，以及质子和中子之间的强度是一样的。
所以最终的结论是，核力和电荷没有关系，而且核力对质子和中子，所表现出来的作用强度表明，质子和中子是一对孪生兄弟。
虽然这个结论否定了海森堡关于核力的猜想，但是却验证海森堡论文中的一个思想，质子和中子是同一种粒子的不同表现形式。
因为在海森堡的论文中，它提出了描述质子和中子不同表现形式的一种全新的量子数，同为旋，这是类比自旋的概念提出来的，我们知道粒子有自旋属性，它在空间中有三个取向， X 、Y、Z ，在每个取向上有两种方向的投影，比如在Z轴上电子的自旋可以朝上和朝下，分别就是+1/2和-1/2 。
海森堡为了区分质子和中子的两种不同状态，就抽象了一个同位旋空间，在同位旋空间中质子和中子的同位旋是1/2 ，他俩的不同在于，在同位旋空间的第三分量上，也就是I3 ，质子同位旋的投影，也就是取向为朝上，也就是+1/2 ，中子同位旋的取向为-1/2 。
为了简单理解，我们可以直接认为质子和中子的同位旋空间就只可以取两个方向，向上和向下。就这么简单。