Sir James Chadwick (zdjęcie zamieszczone w artykule) to angielski fizyk, laureat Nagrody Nobla, który zasłynął po odkryciu neutronu. To radykalnie zmieniło ówczesną fizykę i pozwoliło naukowcom na tworzenie nowych pierwiastków, a także doprowadziło do odkrycia rozszczepienia jądrowego i jego wykorzystania do celów wojskowych i cywilnych. Chadwick należał do grupy brytyjskich naukowców, którzy pomogli USA opracować bombę atomową podczas II wojny światowej.
James Chadwick: krótka biografia
Chadwick urodził się w Bollington w Cheshire w Anglii 20 października 1891 roku jako syn Johna Josepha i Ann Mary Knowles. Studiował w miejscowych szkołach podstawowych i miejskich szkołach średnich w Manchesterze. W wieku szesnastu lat otrzymał stypendium Uniwersytetu w Manchesterze. James zamierzał studiować matematykę, ale przez pomyłkę uczęszczał na wstępne wykłady z fizyki i zapisał się na tę specjalność. Początkowo miał wątpliwości co do swojej decyzji, ale po pierwszym roku uznał, że kurs jest bardziej interesujący. Chadwick został zapisany na zajęciaErnest Rutherford, gdzie studiował elektryczność i magnetyzm, a później nauczyciel wyznaczył Jamesowi projekt badawczy dotyczący radioaktywnego pierwiastka radu.
Wczesne badania
James Chadwick ukończył studia w 1911 roku i kontynuował pracę z Rutherfordem nad absorpcją gamma, uzyskując w 1913 tytuł magistra. Przełożony zapewnił stypendium badawcze, które wymagało od niego pracy gdzie indziej. Postanowił studiować w Berlinie u Hansa Geigera, który odwiedzał Manchester w czasie, gdy James kończył studia magisterskie. W tym okresie Chadwick ustalił istnienie ciągłego spektrum promieniowania beta, co zniechęciło badaczy i doprowadziło do odkrycia neutrin.
Podróż do obozu
Na krótko przed pierwszą wojną światową, kiedy działania wojenne stały się nieuniknione, Geiger ostrzegł Chadwicka, aby jak najszybciej wrócił do Anglii. James był oszołomiony radą biura podróży i przebywał w niemieckim obozie jenieckim do końca wojny. W ciągu pięciu lat uwięzienia Chadwickowi udało się negocjować ze strażnikami i przeprowadzić podstawowe badania fluorescencji.
Praca w Laboratorium Cavendish
James Chadwick, którego biografia w fizyce miała wszelkie szanse zakończyć się w 1918 roku, dzięki wysiłkom Rutherforda, powrócił do nauki i potwierdził, że ładunek jądra jest równy liczbie atomowej. W 1921 otrzymał stypendium naukowe w Gonville College w Cambridge.i Keyes, a w następnym roku został asystentem Rutherforda w Cavendish Laboratory.
Pracując na co dzień, wciąż znajdował czas na prowadzenie badań, których kierunek generalnie sugerował Rutherford. Chadwick i współwięzień Charles D. Ellis następnie studiowali w Trinity College i Rutherford, badając transmutację pierwiastków przez bombardowanie cząstkami alfa (jądrami helu). Zespół badawczy z Wiednia zgłosił wyniki niezgodne z danymi uzyskanymi przez Cavendish Laboratory, których poprawności umiejętnie broniły dalsze eksperymenty Chadwicka i jego współpracowników.
W 1925 roku James poślubił Eileen Stuart-Brown. Para miała córki bliźniaczki.
W połowie lat dwudziestych James Chadwick przeprowadził eksperymenty rozpraszania cząstek alfa wystrzeliwanych w cele wykonane z metali, w tym złota i uranu, a następnie samego helu, którego jądro ma taką samą masę jak cząstki alfa. Rozproszenie okazało się asymetryczne, a Chadwick wyjaśnił je w 1930 roku jako zjawisko kwantowe.
Odkrycie neutronu
Już w 1920 roku Rutherford zaproponował istnienie elektrycznie obojętnej cząstki zwanej neutronem, aby wyjaśnić istnienie izotopów wodoru. Uważano, że ta cząstka składa się z elektronu i protonu, ale nie wykryto emisji takiej kompozycji.
W 1930 roku odkryto, że kiedy lekkie jądra zostały zbombardowane promieniami alfa emitowanymi przez polon, powstało promieniowanie przenikliwe bez ładunku elektrycznego. To miały być promienie gamma. Jednak przy użyciu celu berylowego promienie okazały się wielokrotnie bardziej przenikliwe niż przy użyciu innych materiałów. W 1931 Chadwick i jego kolega Webster zasugerowali, że promienie neutralne są w rzeczywistości dowodem na istnienie neutronu.
W 1932 roku para badaczy Irene Curie i Frédéric Joliot wykazała, że promieniowanie berylu jest bardziej przenikliwe niż donosili poprzedni badacze, ale nazwali je również promieniami gamma. James Chadwick przeczytał raport i natychmiast zabrał się do obliczania masy neutralnej cząstki, co mogłoby wyjaśnić najnowsze wyniki. Użył promieniowania berylowego do bombardowania różnych pierwiastków i stwierdził, że wyniki są zgodne z działaniem neutralnej cząstki o masie prawie identycznej jak proton. Stało się to eksperymentalnym potwierdzeniem istnienia neutronu. W 1925 Chadwick otrzymał za to osiągnięcie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Od neutronu do reakcji jądrowej
Neutron szybko stał się narzędziem dla fizyków, którzy używali go do penetrowania atomów pierwiastków i przekształcania ich, więc dodatnio naładowane jądra nie odpychały go. W ten sposób Chadwick przygotował drogę do rozszczepienia uranu-235 i stworzenia broni jądrowej. W 1932 za to ważne odkrycie został odznaczony Medalem Hughesa, aw 1935 Nagrodą Nobla. Potem dowiedział się, że Hans Falkenhagen odkrył neutron w tym samym czasie co on, ale bał się opublikować swoje wyniki. Niemiecki naukowiec skromnieodrzucił ofertę podzielenia się Nagrodą Nobla, co uczyniło go Jamesem Chadwickiem.
Odkrycie neutronu umożliwiło wytwarzanie pierwiastków transuranowych w laboratoriach. Był to impuls do odkrycia przez laureata Nagrody Nobla Enrico Fermiego reakcji jądrowych wywołanych przez wolne neutrony oraz odkrycia przez niemieckich chemików Otto Hahna i Strassmanna rozszczepienia jądrowego, co doprowadziło do powstania broni jądrowej.
Praca nad bombą atomową
W 1935 James Chadwick został profesorem fizyki na Uniwersytecie w Liverpoolu. W wyniku memorandum Frischa-Peierlsa z 1940 r. o celowości budowy bomby atomowej został powołany do komisji MAUD, która bardziej szczegółowo zbadała tę kwestię. W 1940 r. odwiedził Amerykę Północną z misją Tizard w celu nawiązania współpracy w zakresie badań jądrowych. Po powrocie do Wielkiej Brytanii zdecydował, że nic nie zadziała, dopóki wojna się nie skończy.
W grudniu tego roku Francis Simon, który pracował w MAUD, znalazł sposób na oddzielenie izotopu uranu-235. W swoim raporcie nakreślił kosztorys i specyfikację techniczną utworzenia dużego przedsiębiorstwa zajmującego się wzbogacaniem uranu. Chadwick napisał później, że dopiero wtedy zdał sobie sprawę, że bomba atomowa była nie tylko możliwa, ale nieunikniona. Od tego momentu musiał zacząć brać tabletki nasenne. James i jego grupa ogólnie poparli bombę U-235 i zatwierdzili jej izolację przez dyfuzję z izotopu U-238.
Wynik życia
Wkrótce poszedłdo Los Alamos, siedziby Projektu Manhattan, i wraz z Nielsem Bohrem udzielił cennych rad twórcom bomb atomowych zrzuconych na Hiroszimę i Nagasaki. Chadwick James, którego odkrycia radykalnie zmieniły bieg historii ludzkości, został pasowany na rycerza w 1945 roku.
Pod koniec II wojny światowej wrócił na swoje stanowisko w Liverpoolu. Chadwick przeszedł na emeryturę w 1958 roku. Po spędzeniu dziesięciu lat w północnej Walii, wrócił do Cambridge w 1969, gdzie zmarł 24 lipca 1974.
