James Chadwick löysi neutronin vuonna 1932 ja sai Nobelin fysiikkapalkinnon vuonna 1935.

Hän toimi Saksan vankileirillä koko ensimmäisen maailmansodan ajan ja johti brittiläistä ryhmää Manhattan-projektissa, jossa Yhdistynyt kuningaskunta ja Kanada tukivat Yhdysvaltojen toisen maailmansodan pyrkimyksiä rakentaa maailman ensimmäinen ydinpommi.

James Chadwickin varhainen elämä ja koulutus

James Chadwick syntyi Bollingtonin pikkukaupungissa Englannissa 20. lokakuuta 1891 .

Hänen vanhempansa olivat rautatien varastoija Joseph ja kotipalvelija Anne. Kun hän oli 11, James voitti pääsyn arvostettuun Manchesterin lukioon. Valitettavasti hänen vanhempansa olivat liian köyhiä varaaakseen vaatimattomia koulumaksuja. Sen sijaan James Chadwick sai koulutuksen Manchesterin poikien keskuskurssilta. Hänen suosikki aiheensa olivat matematiikka ja fysiikka. 16-vuotiaana hän voitti stipendin Manchesterin Victoria-yliopistoon.

Hän oli aikonut opiskella matematiikkaa, mutta fyysikko haastatteli häntä, joka luuli haluavansa opiskella fysiikkaa. Chadwick oli liian ujo ristiriidassa hänen kanssaan, joten hän päätyi fysiikan pääaineeksi!

Yliopistovuodet

Chadwick aloitti yliopiston vuonna 1908, 17-vuotiaana. hän oli fysiikan tutkintonsa viimeisenä vuonna ja työskenteli tutkimusprojektissa Ernest Rutherfordin laboratoriossa. Rutherford oli voittanut kemian Nobel-palkinnon vuonna Chadwick aloitti yliopiston. Palkinto myönnettiin Rutherfordin tutkimuksista alkuaineiden hajoamisesta ja radioaktiivisten aineiden kemiallisuudesta.

Chadwick suoritti projektinsa menestyksekkäästi ja valmistui fysiikan ensiluokkaisilla arvosanoilla vuonna 1911. Se oli ollut taloudellisesti vaikea kolme vuotta – hän meni aina ilman lounasta, koska hänellä oli niin vähän rahaa. Valmistuttuaan Chadwick jatkoi työskentelyä Rutherfordin laboratoriossa, kunnes 21-vuotiaana hän sai fysiikan maisterin tutkinnon vuonna 1912.

Apurahavoitto vei hänet Berliiniin, Saksaan työskentelemään Hans Geigerin laboratorioon. Rutherfordin tavoin Geigerin kenttä oli radioaktiivisuutta – hän keksi Geiger-laskurin säteilytasojen havaitsemiseksi.

Chadwickille valitettavasti ensimmäinen maailmansota alkoi vuonna 1914, kun hän oli vielä Berliinissä. Hänet internoitiin leirillä Berliinin länsipuolella, kunnes sota päättyi vuonna 1918.

28-vuotiaana Chadwick palasi Ernest Rutherfordin palvelukseen vuonna 1919 aloittaakseen työnsä Ph.D. Rutherford oli nyt vastuussa Cambridgen yliopiston arvostetusta Cavendish-laboratoriosta, jonka ensimmäinen professori oli ollut James Clerk Maxwell.

Chadwickille myönnettiin tohtorin tutkinto. vuonna 1921 opinnäytetyöstä, joka koski atomilukuja ja ydinvoimia.

James Chadwick, Nucleus ja Neutron

Vuonna 1923 Chadwickista tuli 32-vuotias Rutherfordin apulaisjohtaja tutkimusryhmässä Cavendishin laboratorio, jossa hän jatkoi atomin tutkintaa.

Tuolloin useimmat tutkijat uskoivat, että elektronia oli sekä ytimen sisällä että sen ulkopuolella. Esimerkiksi hiiliatomin ytimen uskottiin sisältävän 12 protonia ja 6 elektronia, mikä antoi sille sähkövarauksen +6. Ytimen kiertävän piti olla vielä kuusi elektronia, jotka aiheuttivat atomin kokonaissähkövarauksen nollaksi.

Rutherford, Chadwick ja jotkut muut uskoivat mahdollisuuteen, että ytimessä voi olla varauksettomia hiukkasia.

Vapaa-ajallaan, 1920-luvulla, Chadwick yritti laboratoriossa löytää erilaisia neutraaleja hiukkasia, mutta ilman menestystä. Hän oli kuitenkin yhä vakuuttuneempi neutraalin hiukkasen – neutronin – olemassaolosta. Hän ei kuitenkaan voinut saada todisteita, joita hän tarvitsi todistamaan olemassaolonsa.

Sitten vuoden 1932 alussa Chadwick sai tietää työstä, jonka Frederic ja Irene Joliot-Curie olivat juuri tehneet Pariisissa. Joliot-Curies uskoi, että he olivat onnistuneet poistamaan protonit vahanäytteestä gammasäteillä. Tällä ei ollut järkeä Chadwickille, jonka mielestä gammasäteet eivät olleet tarpeeksi voimakkaita tekemään niin. Kuitenkin todisteet siitä, että protoneihin oli lyöty riittävästi energiaa niiden poistamiseksi, olivat vakuuttavia.

Gammasäteilyn lähde oli ollut radioaktiivinen alkuaine polonium. Chadwick päätyi siihen johtopäätökseen, että protonit olivat todella osuneet etsimässään hiukkasessa: neutronissa.

Kuumeisesti hän aloitti työskentelyn Cavendishin laboratoriossa. Käyttämällä poloniumia neutronien lähteenä hän pommitti vahaa. Vaha vapautti protoneja, ja Chadwick teki mittauksia protonien käyttäytymisestä.

Protonit käyttäytyivät täsmälleen samalla tavalla kuin heidän pitäisi, jos sähköisesti neutraalit hiukkaset ovat osuneet protonin kaltaiseen massaan. Chadwick oli löytänyt neutronin.

Kahden viikon kuluessa hän oli kirjoittanut arvostetulle Nature-tiedelehdelle ilmoittamaan neutronin mahdollisesta olemassaolosta.

Chadwick ei uskonut löytäneensä uutta alkeishiukkaa. Hän uskoi, että neutroni oli monimutkainen hiukkanen, joka koostui protonista ja elektronista. Saksalainen fyysikko Werner Heisenberg osoitti, että neutroni ei voinut olla elektroni-protoni-pari, ja se oli itse asiassa uusi alkupartikkeli.

Vuonna 1935 James Chadwick sai Nobelin fysiikan palkinnon neutronin löytämisestä. .

Entä Joliot-Curies? Jos he vain tulkitsivat tuloksiaan oikein, he olisivat voineet löytää neutronin itse. Itse asiassa Frederic ja Irene Joliot-Curie saivat myös kemian Nobel-palkinnon vuonna 1935: he olivat ensimmäisiä ihmisiä, jotka loivat uusia, synteettisiä, radioaktiivisia elementtejä. / div> ”Olen jo maininnut Rutherfordin ehdotuksen, jonka mukaan protonin ja elektronin läheisestä yhdistelmästä muodostuvan neutraalin hiukkasen voi olla olemassa, ja oli aluksi luonnollista olettaa, että neutroni voisi olla niin monimutkainen hiukkanen. Toisaalta Toisaalta tällaista rakennetta ei voida sovittaa kvanttimekaniikan järjestelmään, – kevyempien elementtien tilastoille ja pyöriin voidaan antaa johdonmukainen kuvaus vain, jos oletetaan, että neutroni on alkeishiukkanen. ”

Uudet elementit ja ydinreaktiot

Neutronin löytäminen muutti dramaattisesti tieteen kulkua, koska neutronit saattoivat törmätä atomiatumiin. sänky ytimessä lisäämällä sen massaa. Luonnollinen beeta-hajoaminen (elektronin emissio atomin ytimestä) muuttaisi sitten neutronin protoniksi. Koska alkuaine määritellään sen protonien lukumäärällä (vedyllä on 1, helium 2, litium 3, beryllium 4, boori 5, hiili 6, typpi 7, happi 8 jne.), Tämä antoi tutkijoille mahdollisuuden tehdä uusia, painavampia elementtejä laboratoriossa.

Se tarkoitti myös, että neutroneja voitiin käyttää raskasatomien hajottamiseen prosessissa, joka tunnetaan atomifissiona, mikä tuottaa suuren määrän energiaa, jota voidaan käyttää atomipommissa tai ydinvoimaloissa.

Chadwick lähti Cambridgesta Liverpooliin

Vuonna 1935, ennen kuin Nobel-palkinto jaettiin, Chadwickille tarjottiin Liverpoolin yliopiston Lyon Jonesin fysiikan tuoli, jonka hän hyväksyi. Hän aloitti uuden työpaikkansa kuukautta ennen kuin kuuli voittaneensa Nobelin palkinnon.

Liverpoolissa hän perusti ydinfysiikan ryhmän. Ryhmä tarvitsi syklotronin / hiukkaskiihdyttimen / atominmurskaimen, mutta hänen uudella yliopistollaan ei ollut varaa sellaiseen. Chadwick rahoitti sen osittain Nobelin palkinnostaan.

Toinen maailmansota ja atomipommi

Vuonna 1939, toisen maailmansodan ensimmäisenä vuonna, Chadwick pyysi Ison-Britannian hallitus atomipommin rakentamisesta. Hän sanoi, että se oli mahdollista, mutta se ei olisi helppoa.

Alustava tutkimus aloitettiin useissa yliopistoissa. Työolot Chadwickin laboratoriossa olivat vaikeita. Liverpoolin naapurustoa vastaan hyökättiin usein Saksan ilmavoimien hyökkäyksissä. Pommituksesta huolimatta Chadwickin tutkimusryhmä oli kevääseen 1941 mennessä havainnut, että uraanin-235 kriittinen massa ydinräjähdyksessä oli noin 8 kilogrammaa.

Chadwick kirjoitti kesällä 1941 yhteenvedon kaikista brittiläisissä yliopistoissa tehdyistä atomipommityöistä. Yhdysvalloissa presidentti Roosevelt luki raportin syksyllä 1941, ja USA alkoi kaataa miljoonia dollareita omaan atomipommitutkimukseensa. Tavattuaan heidät Chadwick kertoi amerikkalaisille edustajille, että hän oli 90 prosenttia varma, että pommi toimi.

Vuoden 1943 lopulla Chadwick matkusti Yhdysvaltoihin katsomaan Manhattan-projektin tiloja. Hän oli yksi kolmesta miehestä maailmassa, jolla oli pääsy kaikkiin Amerikan pommin tutkimus-, data- ja tuotantolaitoksiin: kaksi muuta olivat amerikkalaiset kenraalimajurit Leslie Groves, Manhattan-projektin johtaja, ja Grovesin toinen komentaja, Kenraalimajuri Thomas Francis Farrell.

Vuoden 1944 alussa Chadwick, hänen vaimonsa ja lapset, muutti Los Alamosiin, Manhattan-projektin tärkeimpään tutkimuskeskukseen.

Chadwick oli läsnä, kun Yhdysvaltain ja Ison-Britannian hallitukset sopivat, että pommia voitaisiin käyttää Japania vastaan. Sitten hän osallistui Trinity-ydinkokeeseen 16. heinäkuuta 1945, jolloin maailman ensimmäinen atomipommi räjäytettiin.

Vuonna 1945 Ison-Britannian hallitus ritaristi hänet sotasaikaansa ja hänestä tuli Sir James Chadwick. Yhdysvaltain hallitus myönsi hänelle ansiomitalin vuonna 1946.

Loppu

James Chadwick kuoli rauhallisesti 82-vuotiaana 24. heinäkuuta 1974.