James Chadwick opdagede neutronen i 1932 og blev tildelt Nobelprisen for fysik i 1935.
Han blev holdt i en tysk fængselslejr i hele 1. verdenskrig og ledede det britiske hold i Manhattan-projektet, hvor Storbritannien og Canada støttede USAs 2. verdenskrigs indsats for at bygge verdens første atombombe.
James Chadwicks tidlige liv og uddannelse
James Chadwick blev født i den lille by Bollington, England, Storbritannien den 20. oktober 1891 .
Hans forældre var Joseph, en jernbanelagerholder, og Anne, en hjemmetjener. Da han var 11, vandt James adgang til den prestigefyldte Manchester Grammar School. Desværre var hans forældre for fattige til at have råd til de beskedne skolepenge. I stedet blev James Chadwick uddannet ved Manchesters Central Grammar School for Boys. Hans yndlingsfag var matematik og fysik. I alderen 16 vandt han et stipendium til Victoria University of Manchester.
Han havde tænkt sig at studere matematik, men blev interviewet af en fysiker, der antog, at han ville studere fysik. Chadwick var for genert til at modsige ham, så han sluttede med at tilmelde sig som fysikfag!
Universitetsår
Chadwick startede universitetet i 1908, 17 år gammel. Da han var 19, han var i det sidste år af sin fysikgrad og arbejdede på et forskningsprojekt i Ernest Rutherfords laboratorium. Rutherford vandt Nobelprisen for kemi i året Chadwick startede universitetet. Prisen blev tildelt for Rutherfords undersøgelser af opløsningen af grundstoffer og kemi af radioaktive stoffer.
Chadwick gennemførte sit projekt med succes og dimitterede med førsteklasses udmærkelse i fysik i 1911. Det havde været hårde tre år økonomisk – han gik altid uden frokost, fordi han havde så lidt penge. Efter eksamen fortsatte Chadwick med at arbejde i Rutherfords laboratorium, indtil han i en alder af 21 blev tildelt en kandidatgrad i fysik i 1912.
En stipendiegevinst førte ham til Berlin, Tyskland for at arbejde i Hans Geigers laboratorium. Ligesom Rutherford var Geigers felt radioaktivitet – han opfandt Geiger-tælleren for at opdage strålingsniveauer.
Desværre for Chadwick begyndte første verdenskrig i 1914, da han stadig var i Berlin. Han blev interneret i en lejr vest for Berlin, indtil krigen sluttede i 1918.
28 år gammel blev Chadwick sammen med Ernest Rutherford i 1919 for at begynde at arbejde for sin ph.d. Rutherford var nu ansvarlig for Cambridge Universitets prestigefyldte Cavendish Laboratory, hvis første professor havde været James Clerk Maxwell.
Chadwick blev tildelt sin ph.d. i 1921 til en afhandling om atomnummer og atomkræfter.
James Chadwick, kernen og neutronen
I 1923, 32 år gammel, blev Chadwick Rutherfords assisterende direktør for forskning i Cavendish Laboratory, hvor han fortsatte med at studere atomkernen.
I disse dage troede de fleste forskere, at der var elektroner i kernen såvel som uden for den. For eksempel blev kernen i et carbonatom antaget at indeholde 12 protoner og 6 elektroner, hvilket gav den en elektrisk ladning på +6. Omkring kernen skulle være yderligere 6 elektroner, der forårsagede atomets samlede elektriske ladning var 0.
Rutherford, Chadwick, og nogle andre troede på muligheden for, at partikler uden ladning kunne være i kernen. / p>
I sin fritid gennem 1920’erne gjorde Chadwick en række forsøg i laboratoriet for at finde disse neutrale partikler, men uden succes. Han blev imidlertid i stigende grad overbevist om eksistensen af en neutral partikel – neutronen. Han kunne imidlertid ikke få de beviser, han havde brug for for at bevise dens eksistens.
Så i begyndelsen af 1932 lærte Chadwick om arbejde, som Frederic og Irene Joliot-Curie lige havde udført i Paris. Joliot-Curies troede, at de havde formået at skubbe protoner ud af en voksprøve ved hjælp af gammastråler. Dette gav ikke mening for Chadwick, der mente gammastråler ikke var stærke nok til at gøre dette. Imidlertid var beviset for, at protoner var ramt med tilstrækkelig energi til at skubbe dem ud, overbevisende.
Gamma-strålekilden havde været det radioaktive element polonium. Chadwick drog den konklusion, at protonerne faktisk var blevet ramt af den partikel, han ledte efter: neutronen.
Feberligt begyndte han at arbejde i Cavendish-laboratoriet. Ved hjælp af polonium som kilde til (hvad han troede var) neutroner bombarderede han voks. Protoner blev frigivet af voks, og Chadwick foretog målinger af protonernes adfærd.
Protonerne opførte sig nøjagtigt som de burde, hvis de var blevet ramt af elektrisk neutrale partikler med en masse svarende til protonen. Chadwick havde opdaget neutronen.
Inden for to uger havde han skrevet til den prestigefyldte videnskabstidsskrift Nature for at annoncere den mulige eksistens af en neutron.
Chadwick troede ikke, at han havde opdaget en ny elementær partikel. Han troede, at neutronen var en kompleks partikel bestående af en proton og en elektron. Den tyske fysiker Werner Heisenberg viste, at neutronen ikke kunne være et elektron-protonpar og faktisk var en ny elementær partikel.
I 1935 modtog James Chadwick Nobelprisen i fysik for sin opdagelse af neutronen .
Et billede fra et ekspansionskammer i Chadwicks laboratorium. En neutron kolliderer med et atom af nitrogen-14. Nitrogenatomet opdeles i bor-11 og helium-4.
Og hvad med Joliot-Curies? Hvis de kun havde fortolket deres resultater korrekt, havde de måske selv opdaget neutronen. Faktisk modtog Frederic og Irene Joliot-Curie også en Nobelpris i 1935 for kemi: de var de første mennesker til at skabe nye, syntetiske, radioaktive elementer.
“Jeg har allerede nævnt Rutherfords forslag om, at der muligvis eksisterer en neutral partikel dannet af den tætte kombination af en proton og en elektron, og det var først naturligt at antage, at neutronen kunne være en så kompleks partikel. På den anden side hånd, en sådan struktur kan ikke tilpasses kvantemekanikens skema … statistikken og spindene for de lettere elementer kan kun gives en konsistent beskrivelse, hvis vi antager, at neutronen er en elementær partikel. ”
Nye elementer og nukleare reaktioner
Opdagelsen af neutronen ændrede videnskabeligt forløb dramatisk, fordi neutroner kunne kollideres med atomkerner. Nogle af neutronerne ville im seng i en kerne, hvilket øger dens masse. Naturligt Beta-henfald (emissionen af en elektron fra et atoms kerne) konverterer derefter neutronen til en proton. Da et element er defineret af antallet af protoner, det har (brint har 1, helium 2, lithium 3, beryllium 4, bor 5, kulstof 6, nitrogen 7, ilt 8 osv. Osv.) Gjorde dette forskere i stand til at gøre nye, tungere elementer i laboratoriet.
Det betød også, at neutroner kunne bruges til at opdele tunge atomer i en proces kendt som atomfission, der producerede en stor mængde energi, som kunne bruges i atombomber eller atomkraftværker.
Chadwick forlader Cambridge til Liverpool
I 1935, før hans Nobelpris blev tildelt, blev Chadwick tilbudt Lyon Jones formand for fysik ved University of Liverpool, som han accepterede. Han startede sit nye job en måned før han hørte, at han havde vundet Nobelprisen.
I Liverpool startede han en atomfysikgruppe. Gruppen havde brug for en cyclotron / partikelaccelerator / atom-smasher, men hans nye universitet havde ikke råd til en. Chadwick medfinansierede det ved hjælp af nogle af hans nobelprispenge.
2. verdenskrig og atombomben
I 1939, det første år af 2. verdenskrig, blev Chadwick spurgt af Britisk regering om at bygge en atombombe. Han sagde, at det var muligt, men ikke ville være let.
Foreløbig forskning begyndte på en række universiteter. Arbejdsvilkårene i Chadwicks laboratorium var vanskelige. Kvarteret i Liverpool blev ofte angrebet i luftangreb af det tyske luftvåben. På trods af bombningen i foråret 1941 havde Chadwicks forskergruppe opdaget, at den kritiske masse af uran-235 for en nuklear detonation var ca. 8 kg.
Krigstid Liverpool efter et tysk luftangreb. Chadwicks laboratorium ryste ofte fra bombeeksplosioner i nabolaget.
Chadwick skrev en sammenfattende rapport i sommeren 1941 af alt atombomben, der blev udført på britiske universiteter. I USA læste præsident Roosevelt rapporten i efteråret 1941, og USA begyndte at hælde millioner af dollars i sin egen atombombeforskning. Da han mødte dem, fortalte Chadwick amerikanske repræsentanter, at han var 90 procent sikker på, at bomben ville fungere.
I slutningen af 1943 rejste Chadwick til USA for at se Manhattan-projekts faciliteter. Han var en af kun tre mænd i verden, der havde adgang til alle Amerikas forsknings-, data- og produktionsanlæg for bomben: de to andre var den amerikanske generalmajor Leslie Groves, direktøren for Manhattan-projektet og Groves ‘næstkommanderende, Generalmajor Thomas Francis Farrell.
Tidligt i 1944 flyttede Chadwick, hans kone og børn til Los Alamos, det største forskningscenter for Manhattan-projektet.
Chadwick var til stede, da de amerikanske og britiske regeringer blev enige om, at bomben kunne bruges mod Japan. Derefter deltog han i Trinity-atomprøven den 16. juli 1945, da verdens første atombombe blev detoneret.
I 1945 riddede den britiske regering ham til sit bidrag til krigstid, og han blev Sir James Chadwick. Den amerikanske regering tildelte ham fortjenstmedaljen i 1946.
Enden
James Chadwick døde fredeligt i en alder af 82 år den 24. juli 1974.
