中子（英文：Neutron）是一種電中性的粒子，具有與質子大約相同的質量。
中子屬於重子類，由兩個下夸克和一個上夸克構成。
絕大多數的原子核都由中子和質子組成（僅有一種氫原子的同位素例外，它由一個質子構成）。
在原子核外，自由中子性質不穩定，半衰期為15分鐘。
中子衰變時釋放一個電子和一個反微中子而成為質子（β衰變）。同樣的衰變過程在一些原子核中也存在。
原子核中的中子和質子可以通過吸收和釋放π介子互相轉換。
中子是由劍橋大學卡文迪許實驗室的英國物理學家詹姆斯·查德威克於1932年發現的。
以往曾經將中子列為基本粒子的一員。但現今在標準模型理論下，因為中子是由夸克組成，所以它是個複合粒子。
中子和其它常見的次原子粒子最大的分別在於中子因其下夸克和上夸克之電荷互相抵消，本身不帶電荷。
另它穿透性強，無法直接進行觀察，也令它在核轉變中成為非常重要的媒介物。
這兩項因素使得它在次原子粒子發展歷史的較後期才被發現。
雖然組成物質的原子在正常情況下不帶電荷，但原子比中子大一萬倍，
是由帶負電的電子圍繞帶正電的原子核運行而形成的複雜系統。
帶電粒子（如質子，電子，或離子）和電磁波（如伽瑪射線）都會在穿透物質時消耗能量，形式是將所穿透物質離子化。
帶電粒子會因此而慢下來，電磁波則會被所穿透物質吸收。
中子的情況截然不同，它只會在與原子核近距離接觸時受強交互作用或弱交互作用影響：
結果一個自由中子在與原子核直接碰撞前不受任何外力影響。
因為原子核太小，碰撞機會極少，因此自由中子會在一段極長的距離保持不變。
自由中子和原子核的碰撞是彈性碰撞，其遵循巨觀下兩小球彈性碰撞時的動量法則。
當被碰撞的原子核很重時，原子核只會有很小的速度；
但是，若是碰撞的對象是和中子質量差不多質子，則質子和中子會以幾乎相同的速度飛出。
這類的碰撞將會因為製造出的離子而被偵測到。
中子的電中性讓它不僅很難偵測，也很難被控制。
電中性使得我們無法以電磁場來加速、減速或是束縛中子。
自由中子僅對磁場有很微弱的作用（因為中子存在磁矩）。真正能有效控制中子的只有核作用力。
我們唯一能控制自由中子運動的方式只是放置原子核堆在它們的運動路徑上，讓中子和原子核碰撞藉以吸收之。
這種以中子撞擊原子核的反應在核反應中扮演重要角色，也是核子武器運作的原理。
自由中子則可由核衰變、核反應或高能反應等中子源產生。
中子的發現
1920年，歐內斯特·拉塞福首先提出了中子存在的可能性。
拉塞福假設，一種原子的原子量同其原子序數的差別可以用原子核中存在一種電中性粒子來解釋。
他認爲，這種電中性的粒子是由一個電子環繞一個質子構成。
1920年代，當時物理學者公認的原子核模型是原子核由質子構成。
但是，當時已經知道一種原子的原子核只帶有大概其原子量一半的正電荷。
對這個現象的解釋是原子核中有一些電子，中和了質子的電荷。
以氮-14核為例：當時認爲此原子核由14個質子和7個核外電子構成。因此，它應該帶7個正電荷，同時質量數為14。
隨後興起的量子力學指出，任何能量也無法把電子這樣輕的粒子束縛在像原子核這樣小的區域中。
1930年，前蘇聯的維克托·安巴楚勉和迪米特裏·伊瓦年科發現原子核不可能由質子和電子組成；有某種中性的粒子存在於原子核中。
1931年，德國物理學者瓦爾特·博特和赫伯特·貝克爾發現用釙的高能α粒子轟擊鈹、硼或鋰這些較輕的元素，
會產生一種貫穿力極強的輻射。開始他們認爲這種輻射是伽馬射線。
但是未知輻射比任何已知伽馬射線貫穿力都強，而且實驗結果很難用伽馬射線來解釋。
1932年，伊雷娜·約里奧-居禮和弗雷德里克·約里奧-居禮在巴黎發現，
如果用這種未知輻射照射石蠟和其他富含氫的化合物，就會釋放出高能質子。
雖然這個結果同高能伽馬射線一致，但細緻的數據分析表明未知輻射是伽馬射線的假説越來越牽強。
1932年，英國物理學家詹姆斯·查德威克在劍橋大學進行了一系列的實驗，
以α粒子轟擊硼-10原子核得到氮-13原子核和一種新射線，證明伽馬射線假說站不住腳。
他提出這種新輻射是一種質量近似於質子的中性粒子，並設計了實驗證實了他的理論。這種中性粒子被稱作中子。
原子核的中子-質子模型
在查德威克發現中子以前，流行的原子核模型為「質子-電子」模型。但這個模型存在很多的問題。
比如，在氮氣（N2）的分子光譜中，偶數轉動能級的越遷要比奇數轉動能級的強烈，
這説明偶數能級上的集居數比奇數能級的大。
根據量子力學和包立不相容原理，這意味著N-14核的自旋是約化普朗克常數ħ（普朗克常數除以2π）的整數倍。
這個結果同質子-電子模型相悖。質子和電子的自旋皆為1⁄2ħ。
如果一個氮核由14個質子同7個電子組成，無論怎樣組合也無法得到其自旋是ħ的整數倍。
中子-質子模型能夠很好地解決這個問題。
從β衰變中，費米得出結論說中子的自旋也必須是±1⁄2ħ，否則該反應的角動量就不守恆。
如果N-14核由三個中子-質子對加上一對自旋方向相同但不配對的中子和質子構成，其自旋恰恰為1ħ。
這一理論很快被用到其它核素上。
另外，原子光譜中通常會有由原子核引起的超精細結構。
這一結構不受電子的自旋影響。這也和質子-電子模型相矛盾。
因爲如果原子核中有電子的話，電子的自旋反轉勢必會導致超精細結構的變化。
最終人們意識到，除質子外，原子核中不存在電子，而存在一種中性的粒子，那就是中子。
人們很快就接受了原子核是由質子和中子組成的。
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微中子。
中子由三個夸克構成。根據標准模型，爲了保持重子數守恆，中子唯一可能的衰變途徑是其中一個夸克通過弱交互作用改變其味。
組成中子的三個夸克中，兩個是下夸克（電荷−1⁄3e），另外一個是上夸克（電荷+2⁄3e）。
一個下夸克可以衰變成一個較輕的上夸克，並釋放出一個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微中子。
自由中子的衰變
自由中子不穩定，其平均壽命為881.5±1.5
秒（大概14分鐘42秒）。
據此估計其半衰期為611.0±1.0
秒（大概10分鐘11秒）。中子的衰變可用以下方程式描述：n0
→ p+ + e− + νe
根據微中子、質子和電子的質量，此反應的衰變能為0.782343
兆電子伏特。
如果此反應中微中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。
這一實驗結果誤差太大，無法用於估計微中子的靜止質量。
有千分之一的自由中子會在生成質子、電子和微中子的同時，釋放出γ射線：n0
→ p+ + e− + νe + γ
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，電子在產生後未能獲得足夠的能量脫離質子（估計為13.6電子伏特），於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微中子的動能。
束縛態中子的衰變
不穩定原子核裏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微中子：p+
→ n0 + e+ + νe
質子還可以通過電子俘獲轉變成一個中子，同時放出一個電子微中子：p+
+ e−
→ n0 + νe
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。
中子的產生和中子源
自由中子因爲半衰期比較短（10分鐘11秒），因此只能現制現用。
某些放射性衰變（比如自發裂變和中子發射）以及一些反應爐可以用於產生中子。
某些核反應，比如用自然產生的α粒子轟擊一些核素（主要是輕元素，比如鈹和氘）引發的核裂變亦可產生中子。
一些高能量核反應，比如高能宇宙射線爆發和加速器中用高能粒子轟擊靶子使其原子核發生分裂，也能產生中子流。
一些小型加速器經過優化後專門用於產生中子，被稱作中子發生器。
在實驗室中，最常用的中子源是某些衰變時釋放中子的核素。
比如鐦-252（半衰期為2.65年）的自發裂變，100個原子中有3個鐦原子核裂變時會釋放中子，每次裂變會平均產生3.7個中子。
用α粒子轟擊鈹靶也可製造中子。一個較爲流行的系統由銻-124和金屬鈹構成。
將金屬銻置於反應爐中以中子活化，銻-123（天然丰度為42.8%）便會轉化為銻-124，半衰期為60.9天。
其優點是便於儲存和運輸。
位於法國格勒諾布爾的勞厄-朗之萬研究所是世界上最重要的中子研究機構之一。
高能宇宙射線轟擊大氣層的上層不停地產生中子，可以在地面上探測到。
在火星表面大氣濃厚到一定程度的地方，由宇宙射線產生的中子更多。
這些中子不但在火星表面直接造成自上而下的輻射危害，還能夠經地表反射後形成自下而上的輻射。
這是火星載人太空計劃不能不考慮的一個問題。
在核融合反應爐中，自由中子是反應的副產品，但卻攜帶了巨大的動能。
如果把這些動能轉化為人類可用的能源是一個重大的挑戰。
這些自由中子還會製造出大量的中子激活產物，最後必須當作核廢料處理。
中子的用途
中子在很多核反應中扮演重要角色。比如，許多核素可以俘獲中子，生成活化產物。
對於反應爐和核武器的設計來說，對中子的了解極為重要。鈾-235和鈽-239的裂變也是由中子引發的。
在對凝聚態物質的分析中，中子和X射線的散射反應截面、對磁場的敏感程度和貫穿能力可以相互補充。
利用中空玻璃纖維的全反射或者表面帶有凹陷的鋁板的反射，可以製成中子透鏡。
這種透鏡有可能可以用於中子顯微鏡和中子／ϒ射線斷層掃描照相。
中子的另一個主要用途是照射材料使之產生ϒ射線。這是中子活化分析的理論基礎。
中子活化分析是一種高靈敏度的痕量分析方法。
如果用高通量中子流（如核反應爐中，通量約為1011~1014n.cm-2.sec-1）約可檢測至0.1 ppb的濃度。
加速器所生的低通量快中子也可檢測約1 ppm濃度。
實際應用中，檢測靈敏度應隨實驗的條件以及被測核素而有所不同。
中子活化分析還很少需要或不需要樣品製備環節，對於複雜物質的分析得心應手。
最後，中子活化分析是一種「無損」分析法，可以做表面和微區分析，因此可以用來分析古董、藝術品以及法醫鑑定。
這種分析方法是1936年由喬治‧德‧海韋西（George
Hevesy）和希爾德‧李維（Hilde
Levi）首創。
瞬發中子活化分析具有快速、原位、不需要取樣等特點，可以用於打井時地下岩芯和工業傳送帶上物品的原位分析，
並且是監測爆炸物,
尤其是非金屬類爆炸物的有效手段之一。
中子還可以用來檢測輕核的存在，比如水分子中的氫核。
快中子和輕核碰撞時會損失大部分能量。通過測量被氫核減速後的中子，可以測定土壤中的含水量。
中子的防護
自由中子可以給生物體造成重大的傷害。
中子不但能夠對生物大分子（比如DNA）造成直接的損傷，還能夠引發次生輻射，比如質子和ϒ射線等。
因此，輻射防護的基本原則也適用於中子的防護：應盡量避免暴露，盡量遠離中子源，縮短曝光時間。
對於α射線、β射線和γ射線，重元素製成的材料通常可以屏蔽，最常用的是鉛板。
但是，這對於中子並不奏效，因為元素對中子的吸收能力同其原子序數並沒有直接關系。
但是富含氫核的材料卻可以用來屏蔽中子。混凝土或者鑲嵌有石蠟層的混凝土比重元素能夠更好的防護中子。
某些輕核素，比如鋰-6，可以吸收熱中子而不產生次生輻射。這樣的材料可以提供進一步的防護。
富含氫核的材料（比如水）會影響到裂變反應爐裡的中子吸收。
輕水（正常水分子）對中子親和力很高，因此輕水堆必須使用濃縮後的裂變材料。
重水（氘代替水中的氫核的產物）對中子的親和力較低，所以可以用於使用非濃縮核材料的反應爐，
比如坎杜反應爐（Canada Deuterium
Uranium）。