James Chadwick descubrió el neutrón en 1932 y fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1935.
Retenido en un campo de prisioneros alemán durante toda la Primera Guerra Mundial, dirigió el equipo británico en el Proyecto Manhattan. en la que el Reino Unido y Canadá apoyaron el esfuerzo de Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial para construir la primera bomba nuclear del mundo.
Educación y vida temprana de James Chadwick
James Chadwick nació en la pequeña ciudad de Bollington, Inglaterra, Reino Unido, el 20 de octubre de 1891 .
Sus padres eran Joseph, un comerciante de ferrocarriles, y Anne, una empleada doméstica. Cuando tenía 11 años, James ganó la entrada a la prestigiosa Manchester Grammar School. Desafortunadamente, sus padres eran demasiado pobres para pagar las modestas cuotas escolares. En cambio, James Chadwick fue educado en la Central Grammar School for Boys de Manchester. Sus materias favoritas fueron matemáticas y física. A los 16 años, ganó una beca para la Universidad Victoria de Manchester.
Tenía la intención de estudiar matemáticas, pero fue entrevistado por un físico que asumió que quería estudiar física. Chadwick era demasiado tímido para contradecirlo, ¡así que terminó matriculándose en física!
Años universitarios
Chadwick comenzó la universidad en 1908, a los 17 años. Para cuando tenía 19, estaba en el último año de su licenciatura en física y estaba trabajando en un proyecto de investigación en el laboratorio de Ernest Rutherford. Rutherford había ganado el Premio Nobel de Química el año en que Chadwick comenzó la universidad. El premio fue otorgado por las investigaciones de Rutherford sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radiactivas.
Chadwick llevó a cabo su proyecto con éxito y se graduó con honores de primera clase en física en 1911. Habían sido tres años difíciles desde el punto de vista financiero; siempre iba sin almorzar porque tenía muy poco dinero. Después de graduarse, Chadwick continuó trabajando en el laboratorio de Rutherford hasta que, a los 21 años, obtuvo una maestría en física en 1912.
Una beca lo llevó a Berlín, Alemania, para trabajar en el laboratorio de Hans Geiger. Al igual que Rutherford, el campo de Geiger era la radiactividad: inventó el Contador Geiger para detectar los niveles de radiación.
Desafortunadamente para Chadwick, la Primera Guerra Mundial comenzó en 1914 cuando todavía estaba en Berlín. Estuvo internado en un campo al oeste de Berlín hasta que terminó la guerra en 1918.
Chadwick, de 28 años, se reincorporó a Ernest Rutherford en 1919 para comenzar a trabajar para su doctorado. Rutherford estaba ahora a cargo del prestigioso Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, cuyo primer profesor había sido James Clerk Maxwell.
Chadwick recibió su Ph.D. en 1921 para una tesis sobre números atómicos y fuerzas nucleares.
James Chadwick, el núcleo y el neutrón
En 1923, a los 32 años, Chadwick se convirtió en director adjunto de investigación de Rutherford en el Laboratorio Cavendish donde continuó estudiando el núcleo atómico.
En aquellos días, la mayoría de los investigadores creían que había electrones tanto dentro como fuera del núcleo. Por ejemplo, se pensaba que el núcleo de un átomo de carbono contenía 12 protones y 6 electrones, lo que le daba una carga eléctrica de +6. Se suponía que orbitando el núcleo había otros 6 electrones, lo que hacía que la carga eléctrica total del átomo fuera 0.
Rutherford, Chadwick y algunos otros creían en la posibilidad de que las partículas sin carga pudieran estar en el núcleo.
En su tiempo libre, durante la década de 1920, Chadwick hizo varios intentos en el laboratorio para encontrar estas partículas neutrales, pero sin éxito. Sin embargo, estaba cada vez más convencido de la existencia de una partícula neutra: el neutrón. Sin embargo, no pudo obtener la evidencia que necesitaba para probar su existencia.
Luego, a principios de 1932, Chadwick se enteró del trabajo que Frederic e Irene Joliot-Curie acababan de hacer en París. Los Joliot-Curie creían que habían logrado expulsar protones de una muestra de cera usando rayos gamma. Esto no tenía sentido para Chadwick, quien pensaba que los rayos gamma no eran lo suficientemente poderosos para hacer esto. Sin embargo, la evidencia de que los protones habían recibido suficiente energía para expulsarlos era convincente.
La fuente de rayos gamma había sido el elemento radiactivo polonio. Chadwick llegó a la conclusión de que los protones habían sido golpeados por la partícula que estaba buscando: el neutrón.
Febrilmente, comenzó a trabajar en el laboratorio de Cavendish. Utilizando polonio como fuente de (lo que él creía que eran) neutrones, bombardeó cera. Los protones fueron liberados por la cera y Chadwick midió el comportamiento de los protones.
Los protones se comportaron exactamente como deberían si hubieran sido golpeados por partículas eléctricamente neutras con una masa similar a la del protón. Chadwick había descubierto el neutrón.
En dos semanas había escrito a la prestigiosa revista científica Nature para anunciar la posible existencia de un neutrón.
Chadwick no creía haber descubierto una nueva partícula elemental. Creía que el neutrón era una partícula compleja formada por un protón y un electrón. El físico alemán Werner Heisenberg demostró que el neutrón no podía ser un par electrón-protón y que en realidad era una nueva partícula elemental.
En 1935, James Chadwick recibió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento del neutrón. .
Una imagen de una cámara de expansión en el laboratorio de Chadwick. Un neutrón choca con un átomo de nitrógeno-14. El átomo de nitrógeno se divide en boro-11 y helio-4.
¿Y qué hay de los Joliot-Curie? Si tan solo hubieran interpretado correctamente sus resultados, podrían haber descubierto el neutrón ellos mismos. De hecho, Frederic e Irene Joliot-Curie también recibieron un premio Nobel en 1935, por química: fueron las primeras personas en crear elementos radiactivos sintéticos nuevos.
«Ya he mencionado la sugerencia de Rutherford de que podría existir una partícula neutra formada por la combinación cercana de un protón y un electrón, y al principio era natural suponer que el neutrón podría ser una partícula tan compleja. Por otro lado Por otra parte, una estructura de este tipo no se puede encajar en el esquema de la mecánica cuántica, … las estadísticas y los espines de los elementos más ligeros solo se pueden dar una descripción coherente si asumimos que el neutrón es una partícula elemental. ”
Nuevos elementos y reacciones nucleares
El descubrimiento del neutrón cambió drásticamente el curso de la ciencia, porque los neutrones podrían chocar con los núcleos atómicos. Algunos de los neutrones se dañarían. cama en un núcleo, aumentando su masa. La desintegración beta natural (la emisión de un electrón del núcleo de un átomo) convertiría entonces el neutrón en un protón. Dado que un elemento se define por la cantidad de protones que tiene (el hidrógeno tiene 1, helio 2, litio 3, berilio 4, boro 5, carbono 6, nitrógeno 7, oxígeno 8, etc., etc.), esto permitió a los científicos fabricar nuevos y más pesados. elementos en el laboratorio.
También significó que los neutrones podrían utilizarse para dividir átomos pesados en un proceso conocido como fisión atómica, produciendo una gran cantidad de energía que podría usarse en bombas atómicas o plantas de energía nuclear.
Chadwick abandona Cambridge para irse a Liverpool
En 1935, antes de que le concedieran el Premio Nobel, a Chadwick le ofrecieron la cátedra Lyon Jones de Física en la Universidad de Liverpool, que aceptó. Comenzó su nuevo trabajo un mes antes de enterarse de que había ganado el Premio Nobel.
En Liverpool fundó un grupo de física nuclear. El grupo necesitaba un ciclotrón / acelerador de partículas / triturador de átomos, pero su nueva universidad no podía permitírselo. Chadwick lo financió parcialmente con parte de su dinero del Premio Nobel.
La Segunda Guerra Mundial y la Bomba Atómica
En 1939, el primer año de la Segunda Guerra Mundial, el Gobierno británico sobre la construcción de una bomba atómica. Dijo que era posible, pero que no sería fácil.
La investigación preliminar comenzó en varias universidades. Las condiciones de trabajo en el laboratorio de Chadwick eran arduas. El barrio de Liverpool fue atacado con frecuencia en ataques aéreos por la Fuerza Aérea Alemana. A pesar del bombardeo, en la primavera de 1941, el grupo de investigación de Chadwick había descubierto que la masa crítica de uranio-235 para una detonación nuclear era de unos 8 kilogramos.
Liverpool en tiempo de guerra después de un ataque aéreo alemán. El laboratorio de Chadwick a menudo se sacudía por las explosiones de bombas en el vecindario.
Chadwick escribió un informe resumido en el verano de 1941 de todo el trabajo con bombas atómicas llevado a cabo en las universidades británicas. En Estados Unidos, el presidente Roosevelt leyó el informe en el otoño de 1941, y Estados Unidos comenzó a invertir millones de dólares en su propia investigación sobre bombas atómicas. Cuando los conoció, Chadwick les dijo a los representantes estadounidenses que estaba 90 por ciento seguro de que la bomba funcionaría.
A fines de 1943, Chadwick viajó a los Estados Unidos para ver las instalaciones del Proyecto Manhattan. Fue uno de los tres únicos hombres en el mundo que disfrutaron de acceso a todas las plantas de investigación, datos y producción de Estados Unidos para la bomba: los otros dos eran el general de división estadounidense Leslie Groves, el director del Proyecto Manhattan y el segundo al mando de Groves. Mayor General Thomas Francis Farrell.
A principios de 1944, Chadwick, su esposa e hijos se mudaron a Los Alamos, el principal centro de investigación del Proyecto Manhattan.
Chadwick estuvo presente cuando Los gobiernos de Estados Unidos y Reino Unido acordaron que la bomba podría usarse contra Japón. Luego asistió a la prueba nuclear de Trinity el 16 de julio de 1945, cuando se detonó la primera bomba atómica del mundo.
En 1945, el gobierno británico lo nombró caballero por su contribución en tiempos de guerra y se convirtió en Sir James Chadwick. El gobierno de los Estados Unidos le otorgó la Medalla al Mérito en 1946.
The End
James Chadwick murió en paz, a la edad de 82 años, el 24 de julio de 1974.
