查德威克去注意另一项出乎意料的实验结果。弗雷德里克和伊雷娜·约里奥-居里用钋和铍所得的辐射成功将石蜡的质子击走，他们认为这种辐射是伽玛射线。但卢瑟福与查德威克并不同意这点；他们认为质子对伽玛射线而言实在太重了。但中子只需少量的能量就能达到相同的效果。远在罗马的埃托雷·马约拉纳也得出同样的结论：约里奥-居里夫妇发现了中子却不知道。为了能集中精神证明中子的存在，查德威克推掉了所有的职务进行研究，不时在深夜工作。他设计了一套简单的仪器，是一条圆柱体，里面装着作为射线来源的钋和作为轰击目标的铍。然后把所得的辐射