James Chadwick descobriu o nêutron em 1932 e recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1935.
Mantido em um campo de prisioneiros alemão durante toda a Primeira Guerra Mundial, ele liderou a equipe britânica no Projeto Manhattan, no qual o Reino Unido e o Canadá apoiaram o esforço dos EUA na Segunda Guerra Mundial para construir a primeira bomba nuclear do mundo.
Educação e infância de James Chadwick
James Chadwick nasceu na pequena cidade de Bollington, Inglaterra, Reino Unido em 20 de outubro de 1891 .
Seus pais eram Joseph, um lojista de ferrovia, e Anne, uma empregada doméstica. Quando tinha 11 anos, James ganhou uma entrada para a prestigiosa Manchester Grammar School. Infelizmente, seus pais eram pobres demais para pagar as modestas taxas escolares. Em vez disso, James Chadwick foi educado na Central Grammar School for Boys de Manchester. Suas disciplinas favoritas eram matemática e física. Aos 16 anos, ele ganhou uma bolsa de estudos para a Victoria University of Manchester.
Ele pretendia estudar matemática, mas foi entrevistado por um físico que presumiu que ele queria estudar física. Chadwick era muito tímido para contradizê-lo, então ele acabou se matriculando em física!
Anos da universidade
Chadwick começou a universidade em 1908, aos 17 anos. Aos 19 anos, ele estava no último ano do curso de física e trabalhava em um projeto de pesquisa no laboratório de Ernest Rutherford. Rutherford ganhou o Prêmio Nobel de Química no ano em que Chadwick começou a universidade. O prêmio foi concedido pelas investigações de Rutherford sobre a desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas.
Chadwick realizou seu projeto com sucesso e se formou com honras de primeira classe em física em 1911. Foram três anos difíceis financeiramente – ele sempre ia sem almoçar, porque tinha tão pouco dinheiro. Depois de se formar, Chadwick continuou a trabalhar no laboratório de Rutherford até que, aos 21 anos, concluiu o mestrado em física em 1912.
Uma bolsa de estudos o levou a Berlim, Alemanha, para trabalhar no laboratório de Hans Geiger. Como Rutherford, o campo de Geiger era a radioatividade – ele inventou o Contador Geiger para detectar os níveis de radiação.
Infelizmente para Chadwick, a Primeira Guerra Mundial começou em 1914 quando ele ainda estava em Berlim. Ele foi internado em um campo no oeste de Berlim até o fim da guerra em 1918.
Com 28 anos, Chadwick voltou a trabalhar com Ernest Rutherford em 1919 para começar a trabalhar para seu doutorado. Rutherford era agora responsável pelo prestigioso Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge, cujo primeiro professor havia sido James Clerk Maxwell.
Chadwick recebeu seu Ph.D. em 1921 para uma tese sobre números atômicos e forças nucleares.
James Chadwick, o Núcleo e o Nêutron
Em 1923, aos 32 anos, Chadwick se tornou o Diretor Assistente de Pesquisa de Rutherford no Laboratório Cavendish onde continuou a estudar o núcleo atômico.
Naquela época, a maioria dos pesquisadores acreditava que havia elétrons dentro do núcleo e também fora dele. Por exemplo, pensava-se que o núcleo de um átomo de carbono continha 12 prótons e 6 elétrons, o que lhe conferia uma carga elétrica de +6. Orbitando o núcleo deveria haver outros 6 elétrons, fazendo com que a carga elétrica geral do átomo fosse 0.
Rutherford, Chadwick e alguns outros acreditavam na possibilidade de que partículas sem carga pudessem estar no núcleo.
Em seu tempo livre, durante a década de 1920, Chadwick fez uma variedade de tentativas em laboratório para encontrar essas partículas neutras, mas sem sucesso. Ele estava, no entanto, cada vez mais convencido da existência de uma partícula neutra – o nêutron. Ele não conseguiu, no entanto, obter as evidências de que precisava para provar sua existência.
Então, no início de 1932, Chadwick soube do trabalho que Frederic e Irene Joliot-Curie tinham acabado de fazer em Paris. Os Joliot-Curie acreditavam que haviam conseguido ejetar prótons de uma amostra de cera usando raios gama. Isso não fazia sentido para Chadwick, que pensava que os raios gama não eram poderosos o suficiente para fazer isso. No entanto, a evidência de que os prótons foram atingidos com energia suficiente para ejetá-los foi convincente.
A fonte de raios gama era o elemento radioativo polônio. Chadwick chegou à conclusão de que os prótons haviam realmente sido atingidos pela partícula que ele procurava: o nêutron.
Com febre, ele começou a trabalhar no laboratório de Cavendish. Usando polônio como fonte de (o que ele acreditava ser) nêutrons, ele bombardeou cera. Os prótons foram liberados pela cera e Chadwick mediu o comportamento dos prótons.
Os prótons se comportaram exatamente da maneira que deveriam se tivessem sido atingidos por partículas eletricamente neutras com uma massa semelhante à do próton. Chadwick havia descoberto o nêutron.
Em duas semanas, ele escreveu para a prestigiosa revista científica Nature para anunciar a possível existência de um nêutron.
Chadwick não achava que havia descoberto uma nova partícula elementar. Ele acreditava que o nêutron era uma partícula complexa composta de um próton e um elétron. O físico alemão Werner Heisenberg mostrou que o nêutron não poderia ser um par elétron-próton e, na verdade, era uma nova partícula elementar.
Em 1935, James Chadwick recebeu o Prêmio Nobel de Física pela descoberta do nêutron .
Uma imagem de uma câmara de expansão no laboratório de Chadwick. Um nêutron colide com um átomo de nitrogênio-14. O átomo de nitrogênio se divide em boro-11 e hélio-4.
E quanto aos Joliot-Curie? Se eles tivessem interpretado seus resultados corretamente, eles mesmos poderiam ter descoberto o nêutron. Na verdade, Frederic e Irene Joliot-Curie também receberam o Prêmio Nobel em 1935, de química: eles foram as primeiras pessoas a criar novos elementos sintéticos radioativos.
“Já mencionei a sugestão de Rutherford de que pode existir uma partícula neutra formada pela combinação próxima de um próton e um elétron, e a princípio era natural supor que o nêutron pudesse ser uma partícula tão complexa. Por outro Por outro lado, uma estrutura desse tipo não pode ser encaixada no esquema da mecânica quântica, … as estatísticas e spins dos elementos mais leves só podem receber uma descrição consistente se assumirmos que o nêutron é uma partícula elementar. ”
Novos elementos e reações nucleares
A descoberta do nêutron mudou drasticamente o curso da ciência, porque nêutrons poderiam colidir com núcleos atômicos. Alguns dos nêutrons seriam leito em um núcleo, aumentando sua massa. O decaimento Beta natural (a emissão de um elétron do núcleo de um átomo) iria então converter o nêutron em um próton. Uma vez que um elemento é definido pelo número de prótons que possui (hidrogênio tem 1, hélio 2, lítio 3, berílio 4, boro 5, carbono 6, nitrogênio 7, oxigênio 8, etc, etc), isso permitiu aos cientistas fazer novos e mais pesados elementos no laboratório.
Também significava que nêutrons podiam ser utilizados para dividir átomos pesados em um processo conhecido como fissão atômica, produzindo uma grande quantidade de energia que poderia ser usada em bombas atômicas ou usinas nucleares.
Chadwick deixa Cambridge e vai para Liverpool
Em 1935, antes de seu Prêmio Nobel ser concedido, Chadwick recebeu a Cátedra Lyon Jones de Física da Universidade de Liverpool, que ele aceitou. Ele começou seu novo emprego um mês antes de ouvir que havia ganhado o Prêmio Nobel.
Em Liverpool, ele começou um grupo de física nuclear. O grupo precisava de um ciclotron / acelerador de partículas / destruidor de átomos, mas sua nova universidade não podia pagar por um. Chadwick o financiou parcialmente usando parte de seu dinheiro do Prêmio Nobel.
Segunda Guerra Mundial e a Bomba Atômica
Em 1939, o primeiro ano da Segunda Guerra Mundial, Chadwick foi convidado pelo Governo britânico sobre a construção de uma bomba atômica. Ele disse que era possível, mas não seria fácil.
A pesquisa preliminar começou em várias universidades. As condições de trabalho no laboratório de Chadwick eram árduas. O bairro em Liverpool foi freqüentemente atacado em ataques aéreos pela Força Aérea Alemã. Apesar do bombardeio, na primavera de 1941, o grupo de pesquisa de Chadwick descobriu que a massa crítica de urânio-235 para uma detonação nuclear era de cerca de 8 quilogramas.
Liverpool durante a guerra, após um ataque aéreo alemão. O laboratório de Chadwick muitas vezes abalou com as explosões de bombas na vizinhança.
Chadwick escreveu um relatório resumido no verão de 1941 de todo o trabalho da bomba atômica realizado nas universidades britânicas. Nos EUA, o presidente Roosevelt leu o relatório no outono de 1941, e os EUA começaram a despejar milhões de dólares em suas próprias pesquisas sobre a bomba atômica. Quando os encontrou, Chadwick disse aos representantes americanos que tinha 90 por cento de certeza de que a bomba funcionaria.
No final de 1943, Chadwick viajou para os EUA para ver as instalações do Projeto Manhattan. Ele foi um dos três únicos homens no mundo a ter acesso a todas as pesquisas, dados e plantas de produção da bomba nos Estados Unidos: os outros dois eram o major-general americano Leslie Groves, o diretor do Projeto Manhattan e o segundo em comando de Groves, General Thomas Francis Farrell.
No início de 1944, Chadwick, sua esposa e filhos se mudaram para Los Alamos, o principal centro de pesquisa do Projeto Manhattan.
Chadwick estava presente quando os governos dos EUA e do Reino Unido concordaram que a bomba poderia ser usada contra o Japão. Ele então participou do teste nuclear Trinity em 16 de julho de 1945, quando a primeira bomba atômica do mundo foi detonada.
Em 1945, o governo britânico o nomeou cavaleiro por sua contribuição durante a guerra, e ele se tornou Sir James Chadwick. O governo dos Estados Unidos concedeu-lhe a Medalha de Mérito em 1946.
The End
James Chadwick morreu pacificamente, aos 82 anos, em 24 de julho de 1974.
