James Chadwick scoprì il neutrone nel 1932 e nel 1935 ricevette il Premio Nobel per la fisica.
Detenuto in un campo di prigionia tedesco per tutta la prima guerra mondiale, guidò la squadra britannica nel Progetto Manhattan, in cui il Regno Unito e il Canada hanno sostenuto lo sforzo degli Stati Uniti nella seconda guerra mondiale per costruire la prima bomba nucleare del mondo.
I primi anni di vita e l’educazione di James Chadwick
James Chadwick è nato nella piccola città di Bollington, Inghilterra, Regno Unito il 20 ottobre 1891 .
I suoi genitori erano Joseph, un magazziniere ferroviario, e Anne, una domestica. Quando aveva 11 anni, James vinse l’ingresso alla prestigiosa Manchester Grammar School. Purtroppo i suoi genitori erano troppo poveri per permettersi le modeste rette scolastiche. Invece, James Chadwick ha studiato alla Central Grammar School for Boys di Manchester. Le sue materie preferite erano matematica e fisica. A 16 anni ha vinto una borsa di studio per la Victoria University di Manchester.
Aveva intenzione di studiare matematica, ma è stato intervistato da un fisico che pensava di voler studiare fisica. Chadwick era troppo timido per contraddirlo, quindi finì per iscriversi come specialista in fisica!
Anni dell’università
Chadwick iniziò l’università nel 1908, all’età di 17 anni. All’età di 19 anni, era all’ultimo anno della laurea in fisica e stava lavorando a un progetto di ricerca nel laboratorio di Ernest Rutherford. Rutherford aveva vinto il Premio Nobel per la Chimica nell’anno in cui Chadwick iniziò l’università. Il premio è stato assegnato per le indagini di Rutherford sulla disintegrazione degli elementi e sulla chimica delle sostanze radioattive.
Chadwick portò a termine il suo progetto con successo e si laureò con il massimo dei voti in fisica nel 1911. Erano stati tre anni difficili finanziariamente: andava sempre senza pranzo, perché aveva così pochi soldi. Dopo la laurea, Chadwick continuò a lavorare nel laboratorio di Rutherford fino a quando, all’età di 21 anni, ottenne un master in fisica nel 1912.
Una borsa di studio vinta lo portò a Berlino, in Germania, per lavorare nel laboratorio di Hans Geiger. Come Rutherford, il campo di Geiger era la radioattività: ha inventato il contatore Geiger per rilevare i livelli di radiazione.
Sfortunatamente per Chadwick, la prima guerra mondiale iniziò nel 1914 quando era ancora a Berlino. Fu internato in un campo a ovest di Berlino fino alla fine della guerra nel 1918.
A 28 anni, Chadwick raggiunse Ernest Rutherford nel 1919 per iniziare a lavorare per il suo dottorato di ricerca. Rutherford era ora a capo del prestigioso Cavendish Laboratory dell’Università di Cambridge, il cui primo professore era stato James Clerk Maxwell.
Chadwick ha ottenuto il suo dottorato di ricerca. nel 1921 per una tesi sui numeri atomici e le forze nucleari.
James Chadwick, il nucleo e il neutrone
Nel 1923, all’età di 32 anni, Chadwick divenne vicedirettore della ricerca di Rutherford nel Cavendish Laboratory dove ha continuato a studiare il nucleo atomico.
A quei tempi, la maggior parte dei ricercatori credeva che ci fossero elettroni all’interno del nucleo così come al di fuori di esso. Ad esempio, si pensava che il nucleo di un atomo di carbonio contenesse 12 protoni e 6 elettroni, dandogli una carica elettrica di +6. Si supponeva che in orbita attorno al nucleo ci fossero altri 6 elettroni che causavano una carica elettrica complessiva dell’atomo pari a 0.
Rutherford, Chadwick e alcuni altri credevano nella possibilità che particelle senza carica potessero essere nel nucleo.
Nel suo tempo libero, negli anni ’20, Chadwick fece una serie di tentativi in laboratorio per trovare queste particelle neutre, ma senza successo. Era, tuttavia, sempre più convinto dell’esistenza di una particella neutra: il neutrone. Non poteva, tuttavia, ottenere le prove di cui aveva bisogno per provare la sua esistenza.
Poi, all’inizio del 1932, Chadwick venne a sapere del lavoro che Frederic e Irene Joliot-Curie avevano appena svolto a Parigi. I Joliot-Curie credevano di essere riusciti a espellere protoni da un campione di cera usando i raggi gamma. Questo non aveva senso per Chadwick, che pensava che i raggi gamma non fossero abbastanza potenti per farlo. Tuttavia, la prova che i protoni erano stati colpiti con energia sufficiente per espellerli era convincente.
La sorgente di raggi gamma era stata l’elemento radioattivo polonio. Chadwick trasse la conclusione che i protoni fossero stati effettivamente colpiti dalla particella che stava cercando: il neutrone.
Febbrilmente, iniziò a lavorare nel laboratorio Cavendish. Usando il polonio come fonte di (quelli che credeva fossero) neutroni, bombardò la cera. I protoni sono stati rilasciati dalla cera e Chadwick ha effettuato misurazioni del comportamento dei protoni.
I protoni si sono comportati esattamente come avrebbero dovuto se fossero stati colpiti da particelle elettricamente neutre con una massa simile al protone. Chadwick aveva scoperto il neutrone.
Entro due settimane aveva scritto alla prestigiosa rivista scientifica Nature per annunciare la possibile esistenza di un neutrone.
Chadwick non pensava di aver scoperto una nuova particella elementare. Credeva che il neutrone fosse una particella complessa composta da un protone e un elettrone. Il fisico tedesco Werner Heisenberg dimostrò che il neutrone non poteva essere una coppia elettrone-protone, ed era in realtà una nuova particella elementare.
Nel 1935, James Chadwick ricevette il Premio Nobel per la fisica per la sua scoperta del neutrone .
Un’immagine da una camera di espansione nel laboratorio di Chadwick. Un neutrone si scontra con un atomo di azoto-14. L’atomo di azoto si divide in boro-11 ed elio-4.
E che dire dei Joliot-Curie? Se solo avessero interpretato correttamente i loro risultati, avrebbero potuto scoprire loro stessi il neutrone. Infatti, Frederic e Irene Joliot-Curie ricevettero anche un Premio Nobel nel 1935, per la chimica: furono le prime persone a creare nuovi elementi sintetici e radioattivi.
“Ho già menzionato il suggerimento di Rutherford secondo cui potrebbe esistere una particella neutra formata dalla stretta combinazione di un protone e un elettrone, ed è stato inizialmente naturale supporre che il neutrone potesse essere una particella così complessa. Inoltre, una struttura di questo tipo non può essere adattata allo schema della meccanica quantistica, … le statistiche e gli spin degli elementi più leggeri possono essere forniti una descrizione coerente solo se assumiamo che il neutrone sia una particella elementare. “
Nuovi elementi e reazioni nucleari
La scoperta del neutrone ha cambiato radicalmente il corso della scienza, perché i neutroni potrebbero entrare in collisione con i nuclei atomici. letto in un nucleo, aumentando la sua massa. Il decadimento beta naturale (l’emissione di un elettrone dal nucleo di un atomo) convertirà quindi il neutrone in un protone. Poiché un elemento è definito dal numero di protoni che ha (l’idrogeno ha 1, l’elio 2, il litio 3, il berillio 4, il boro 5, il carbonio 6, l’azoto 7, l’ossigeno 8, ecc., Ecc.), Ciò ha permesso agli scienziati di creare nuovi, più pesanti elementi in laboratorio.
Significava anche che i neutroni potevano essere utilizzati per scindere atomi pesanti in un processo noto come fissione atomica, producendo una grande quantità di energia che poteva essere utilizzata nelle bombe atomiche o nelle centrali nucleari.
Chadwick lascia Cambridge per il Liverpool
Nel 1935, prima che il suo premio Nobel venisse assegnato, a Chadwick fu offerta la cattedra di fisica Lyon Jones presso l’Università di Liverpool, che accettò. Ha iniziato il suo nuovo lavoro un mese prima di sapere di aver vinto il Premio Nobel.
A Liverpool ha fondato un gruppo di fisica nucleare. Il gruppo aveva bisogno di un ciclotrone / acceleratore di particelle / frantumatore di atomi, ma la sua nuova università non poteva permetterselo. Chadwick lo finanziò in parte utilizzando parte del suo premio Nobel.
La seconda guerra mondiale e la bomba atomica
Nel 1939, il primo anno della seconda guerra mondiale, a Chadwick fu chiesto Governo britannico sulla costruzione di una bomba atomica. Ha detto che era possibile, ma non sarebbe stato facile.
La ricerca preliminare è iniziata in diverse università. Le condizioni di lavoro nel laboratorio di Chadwick erano difficili. Il quartiere di Liverpool è stato spesso attaccato in incursioni aeree dall’aeronautica tedesca. Nonostante i bombardamenti, nella primavera del 1941, il gruppo di ricerca di Chadwick aveva scoperto che la massa critica dell’uranio-235 per una detonazione nucleare era di circa 8 chilogrammi.
Liverpool in tempo di guerra dopo un raid aereo tedesco. Il laboratorio di Chadwick era spesso scosso dalle esplosioni di bombe nel quartiere.
Nell’estate del 1941 Chadwick scrisse un rapporto di sintesi di tutti i lavori sulla bomba atomica effettuati nelle università britanniche. Negli Stati Uniti, il presidente Roosevelt lesse il rapporto nell’autunno del 1941 e gli Stati Uniti iniziarono a versare milioni di dollari nella propria ricerca sulla bomba atomica. Quando li incontrò, Chadwick disse ai rappresentanti americani di essere sicuro al 90% che la bomba avrebbe funzionato.
Alla fine del 1943, Chadwick si recò negli Stati Uniti per vedere le strutture del Progetto Manhattan. Era uno dei soli tre uomini al mondo ad avere accesso a tutti gli impianti di ricerca, dati e produzione americani per la bomba: gli altri due erano il maggiore generale americano Leslie Groves, direttore del progetto Manhattan e il secondo in comando di Groves, Il maggiore generale Thomas Francis Farrell.
All’inizio del 1944, Chadwick, sua moglie e i figli si trasferirono a Los Alamos, il principale centro di ricerca del Progetto Manhattan.
Chadwick era presente quando i governi degli Stati Uniti e del Regno Unito hanno convenuto che la bomba potrebbe essere usata contro il Giappone. Ha poi partecipato al test nucleare Trinity il 16 luglio 1945, quando fu fatta esplodere la prima bomba atomica del mondo.
Nel 1945, il governo britannico lo nominò cavaliere per il suo contributo in tempo di guerra, e divenne Sir James Chadwick. Il governo degli Stati Uniti gli ha conferito la medaglia al merito nel 1946.
The End
James Chadwick morì pacificamente, all’età di 82 anni, il 24 luglio 1974.
