Нейтро́н (от лат. neuter – ни тот ни другой; символ n), элементарная частица с нулевым электрическим зарядом и массой, незначительно большей массы протона. Нейтрон является фермионом и входит в группу барионов. Наряду с протоном нейтрон относится к нуклонам и входит в состав атомных ядер. Открыт в 1932 г. Дж. Чедвиком. Так как нейтрон электрически нейтрален, он легко проникает в атомные ядра при любой энергии и с большой вероятностью вызывает ядерные реакции. Способность нейтронов вызывать деление тяжёлых ядер в цепной ядерной реакции послужила основой для создания ядерного оружия и ядерной энергетики. Масса нейтрона $m_n=939,565379(21)\: МэВ=1,00866491600(43)\: а. е. м.=1,674927351(74)·10^{–24}\: г.$

Нейтрон тяжелее протона на $1,293332\: МэВ$. Спин нейтрона равен ¹/₂. В свободном состоянии нейтрон нестабилен – распадается на протон, электрон и антинейтрино; время жизни составляет $885,7(8)$ с. В связанном состоянии в составе стабильных ядер нейтрон стабилен. Несмотря на электронейтральность нейтрона, его магнитный момент существенно отличен от нуля: $μ_n=–1,91304272(45)μ_{яд}$, где $μ_{яд}$ – ядерный магнетон, знак магнитного момента определяется относительно направления его спина. Отношение к магнитному моменту протона равно примерно –²/₃, что согласуется с кварковой структурой нуклонов.

Статический электрический дипольный момент точечной частицы должен быть тождественно равен нулю. Стандартная модель элементарных частиц предполагает малое разделение положительного и отрицательного заряда внутри нейтрона и предсказывает существование электрического дипольного момента, но его расчётная величина мала и остаётся за пределами экспериментального обнаружения.

Согласно современной кварковой модели, нейтрон состоит из трёх кварков: одного $u$-кварка с электрическим зарядом +²/₃$e$ и двух $d$-кварков с зарядами –¹/₃$e$, связанных между собой глюонами. Квантовые числа нейтрона целиком определяются набором составляющих его кварков, а пространственная структура – динамикой взаимодействия кварков и глюонов. Особенностью этого взаимодействия является его рост с увеличением расстояния, так что размер нейтрона ограничен областью порядка 10^–13 см – областью конфайнмента кварков. Античастица нейтрона – антинейтрон $(ñ)$ – открыт в 1956 г.; в пределах точности измерений массы обеих частиц равны.

Свободные нейтроны в природе образуются в ядерных реакциях, вызываемых альфа-частицами радиоактивного распада, космическими лучами, и в результате спонтанного или вынужденного деления тяжёлых ядер. Искусственные источники нейтронов – ядерные реакторы, ядерные взрывы, ускорители протонов и электронов с мишенями из тяжёлых элементов.

Поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, детектирование его посредством ионизации атомов вещества невозможно. Для регистрации нейтронов обычно используются два косвенных метода: захват нейтронов атомными ядрами с последующим излучением ядром $α$-частицы или гамма-кванта и рассеяние нейтронов на ядрах вещества с последующей регистрацией ядра отдачи.

Методы использования нейтронов в научных и прикладных исследованиях зависят от их кинетической энергии. Нейтроны с кинетической энергией свыше 100 кэВ называют быстрыми, с энергией до 100 кэВ – медленными. Быстрые нейтроны образуются в ядерных реакциях при бомбардировке различных ядер заряженными частицами или $γ$-квантами высокой энергии, а также при делении ядер. Медленные нейтроны подразделяют на промежуточные (с энергиями 10⁴–10⁵ эВ), резонансные (0,5–10⁴ эВ), тепловые нейтроны (5·10^–3–0,5 эВ), холодные нейтроны (10^–7–5·10^–3 эВ) и ультрахолодные нейтроны (< 10^–7 эВ). Тепловые нейтроны с большой вероятностью захватываются веществом с образованием, как правило, нестабильных, более тяжёлых изотопов атомных ядер. Холодные нейтроны образуются из тепловых при прохождении через холодные вещества, например через жидкий дейтерий. Ультрахолодные нейтроны формируются при упругом рассеянии на твёрдом дейтерии или на жидком сверхтекучем гелии.

Для медленных нейтронов определяющим фактором становятся их волновые свойства. Нейтроны с длиной волны, близкой к межатомным расстояниям (около 0,1 нм), являются важнейшим средством исследования структуры твёрдых тел. Медленные нейтроны, подобно фотонам, рассеиваясь на атомах твёрдого вещества, интерферируют. Структура наблюдаемой дифракции нейтронов связана со строением исследуемой среды. Наличие у нейтронов магнитного момента делает пучки поляризованных нейтронов чрезвычайно чувствительным инструментом для исследования распределения намагниченности в веществе.

Особенностью взаимодействия нейтронов с веществом является показатель преломления, меньший единицы. Благодаря этому нейтроны, падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутреннее отражение. Ультрахолодные нейтроны при скорости менее 5–8 м/с испытывают полное внутреннее отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и другими при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрaхолодных нейтронов используется в экспериментах и позволяет реализовать нейтронно-оптические устройства, аналоги оптических линз и призм.

Способность нейтронов при облучении вещества вызывать последующее излучение $γ$-квантов используется для активационного анализа. Спектр испущенных $γ$-квантов сопоставляется с таблицей линий излучения известных химических элементов и позволяет с высокой точностью определить химический состав вещества.

Нейтрон – одна из немногих элементарных частиц, падение которой в гравитационном поле Земли можно наблюдать экспериментально. Прямое измерение ускорения свободного падения для нейтрона выполнено с погрешностью 0,3 % и не отличается от ускорения свободного падения для макроскопических тел. Гравитационное ускорение и замедление нейтронов широко используются в опытах с ультрахолодными нейтронами.

Согласно современным представлениям, в модели горячей Вселенной образование барионов, в том числе протонов и нейтронов, происходит в первые минуты жизни Вселенной. В дальнейшем некоторая часть нейтронов, не успевших распасться, захватывается протонами с образованием ядер $^4\text{He}$ . По астрономическим оценкам, 15 % видимого вещества Вселенной представлено нейтронами, входящими в состав ядер $^4\text{He}$.