Korkuyurum nötronlar kimse için yararlı olmayacaktır.
Sir James Chadwick, 1932'de nötronu keşfettiği için 1935 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülen İngiliz bir fizikterdi. 1941'de, MAUD Raporu'nun son taslağını yazan Chadwick, ABD hükümetini ciddi atom bombası araştırma çalışmalarına başlamaya ilham verdi. II. Dünya Savaşı sırasında Manhattan Projesi'nde çalışan İngiliz ekibinin başıydı. 1945'te fizikteki başarıları için İngiltere'de şövalyelik unvanı aldı.
Chadwick, 1911'de Manchester Victoria Üniversitesi'nden mezun oldu; burada "nükleer fiziğin babası" olarak bilinen Ernest Rutherford'un gözetiminde çalıştı. Manchester'da, 1913'te MSc derecesini alıncaya kadar Rutherford'un gözetiminde çalışmaya devam etti. Aynı yıl, Chadwick 1851 Kıta Sergisi Kraliyet Komisyonu'ndan 1851 Araştırma Bursası aldı. Berlin'de Hans Geiger'in gözetiminde beta radyasyonu çalışmaya karar verdi. Geiger'in yakın zamanda geliştirdiği Geiger sayacını kullanarak, Chadwick beta radyasyonunun sürekli bir spektrum ürettiğini ve düşünüldüğü gibi ayrık çizgiler olmadığını gösterebildi. Avrupa'da I. Dünya Savaşı başladığında Almanya'da bulunuyordu ve sonraki dört yılını Ruhleben internment kampında geçirdi.
Savaştan sonra, Chadwick Rutherford'u Cambridge Üniversitesi'ndeki Cavendish Laboratuvarı'na takip etti; burada Rutherford'un gözetiminde Gonville and Caius College, Cambridge'den Felsefe Doktoru derecesini 1921 Haziran'ında aldı. Cavendish Laboratuvarı'nda dünyanın öncü fizik çalışma merkezlerinden biri olduğu bir dönemde, on yıldan fazla süreyle Rutherford'un yardımcı araştırma müdürü olarak görev yaptı ve John Cockcroft, Norman Feather ve Mark Oliphant gibi öğrencileri çekmiştir. Chadwick, nötronu keşfettikten sonra kütlesini ölçerek ilerledoğu araştırmalara devam etti. Nötronların kanserle mücadelede ana silah haline geleceğini öngörmüştü. Chadwick 1935'te Cavendish Laboratuvarı'ndan ayrılarak Liverpool Üniversitesi'nde fizik profesörü oldu; burada eski laboratuvarı yenileyerek ve bir siklotron kurarak bunu nükleer fizik çalışmalarının önemli bir merkezi haline getirdi.
İkinci Dünya Savaşı sırasında, Chadwick atom bombası inşa etmek için Tube Alloys projesi kapsamında araştırma yürütürken, Manchester laboratuvarı ve çevreleri Luftwaffe bombalaması tarafından taciz ediliyordu. Quebec Anlaşması'nda projesi Amerikan Manhattan Projesi ile birleştirildiğinde, British Mission'un bir parçası haline geldi ve Los Alamos Laboratuvarı'nda ve Washington, D.C.'de çalıştı. Proje müdürü Leslie R. Groves, Jr.'in neredeyse tam güvenini kazanarak herkesi şaşırttı. Çabalarından dolayı, Chadwick 1 Ocak 1945'te Yeni Yıl Onurları'nda şövalyelik unvanı aldı. Temmuz 1945'te Trinity nükleer testini izledi. Bundan sonra, Birleşmiş Milletler Atom Enerjisi Komisyonu'na İngiliz bilim danışmanı olarak görev yaptı. Big Science'a yönelik eğilimle rahatsız olan Chadwick, 1948'de Gonville and Caius College'ın Master'ı oldu. 1959'da emekli oldu.
Eğitim ve erken yaşam
James Chadwick 20 Ekim 1891'de Cheshire'nin Bollington'da doğdu; baba tarafı pamuk işçisi John Joseph Chadwick ve aile hizmetçisi Anne Mary Knowles'ın ilk çocuğu. Adı peder tarafından dedesi James'e ithafen konuldu. 1895'te, ebeveynleri Manchester'a taşındı; onu anneannesi ve öz babasının bakımına bıraktı. Bollington Cross İlkokulu'na gitti ve Manchester Grammar School'a burs sunuldu; fakat aile hala ödenecek küçük ücretleri karşılayamadığından teklifi reddetti. Bunun yerine, anası ve babası ile rejoin ederek Manchester'daki Central Grammar School for Boys'a gitti. Artık iki genç erkek kardeşi Harry ve Hubert vardı; bir kız kardeşi bebeklikten öldü. 16 yaşında, üniversite bursaları için iki sınava girdi ve her ikisini de kazandı.
Chadwick Manchester Victoria Üniversitesi'ne katılmayı seçti ve 1908'de buraya girdi. Matematik çalışmak niyetindeydi fakat fizik tarafından kazara yazıldı. Çoğu öğrenci gibi, ev'de oturdu ve her gün üniversiteye ve eve gelmek için 4 mil 6.4 km yürüdü. Birinci yılının sonunda, fizik çalışmak için Heginbottom Bursası aldı. Fizik bölümü Ernest Rutherford'un başkanlığında idi; son sınıf öğrencilere araştırma projeleri verdi ve Chadwick'e iki farklı kaynağın radyoaktif enerjisi miktarını karşılaştırmanın bir yolu bulmasını talimatlandırdı. Fikir, bunların 1 gram radyumun aktivitesi açısından ölçülmesi olabilirdi - bu, sonradan curie olarak bilinecek bir ölçü birimidir. Rutherford'un önerdiği yaklaşım uygulanabilir değildi - Chadwick bunu biliyordu fakat Rutherford'a söylemekten korkuyordu - bu yüzden Chadwick ilerledi ve sonunda gerekli yöntemi geliştirdi. Sonuçlar Chadwick'in ilk makalesi oldu; Rutherford ile ortak yazarlık yapılan 1912'de yayınlandı. 1911'de birinci sınıf onuru ile mezun oldu.
Gama radyasyonunu ölçmenin bir yolunu geliştirdikten sonra, Chadwick çeşitli gazlar ve sıvılar tarafından gama ışınları emilimini ölçmeye devam etti. Bu sefer ortaya çıkan makale sadece onun adı altında yayınlandı. 1912'de Bilim Yüksek Lisans (MSc) derecesi aldı ve Beyer Fellow olarak atandı. Ertesi yıl, kıta Avrupa'sında bir üniversitede çalışmak ve araştırma yapmak için ona izin veren 1851 Sergisi Bursu aldı. 1913'te Physikalisch-Technische Reichsanstalt'a gitmek için Berlin'e gitti; Hans Geiger'in gözetiminde beta radyasyonunu çalışmaya karar verdi. Geiger'in yakın zamanda geliştirdiği Geiger sayacını kullanarak, daha önceki fotoğrafik tekniklerden daha fazla doğruluk sağlayan, beta radyasyonunun daha önceki düşünüldüğü gibi ayrık çizgiler üretmediğini, fakat belirli bölgelerde zirveleri olan sürekli bir spektrumu gösterebildi. Geiger'in laboratuvarında bir ziyaret sırasında, Albert Einstein Chadwick'e şunu söyledi: "Bu şeylerden birini açıklayabilirim, fakat ikisini birlikte açıklayamam." Sürekli spektrum çok yıl için açıklanamayan bir fenomen olarak kalacaktı.
Chadwick, I. Dünya Savaşı'nın başında hala Almanya'daydı ve Berlin yakınında Ruhleben internment kampında hapsedildi; burada istikrarlı ve radioaktif diş macunu gibi即席 materyallerini kullanarak laboratuvar kurmak ve bilimsel deneyler yapmak için izin verildi. Charles Drummond Ellis'in yardımıyla, fosforun iyonizasyonu ve karbon monoksit ve klor fotokimyasal reaksiyonu üzerine çalıştı. Kasım 1918'de Almanya ile Ateşkes yürürlüğe girdiğinde serbest bırakıldı ve Manchester'da ebeveynlerinin evine döndü; burada önceki dört yıl için bulgularını 1851 Sergisi komiserlerine yazdı.
Rutherford, Chadwick'e Manchester'da yarı zamanlı bir öğretim pozisyonu verdi; böylece araştırmaya devam etmek için izin verdi. Platin, gümüş ve bakırın nükleer yüklerine baktı ve bunu % 1,5'ten daha az bir hata içinde atom numarasıyla aynı olduğunu deney yoluyla buldu. Nisan 1919'da, Rutherford Cambridge Üniversitesi'ndeki Cavendish Laboratuvarı'nın müdürü oldu ve Chadwick birkaç ay sonra buraya katıldı. Chadwick 1920'de bir Clerk-Maxwell asistan atandı ve Gonville and Caius College, Cambridge'da Felsefe Doktoru (PhD) öğrencisi olarak kaydoldu. Tezinin ilk yarısı, atom numaraları ile çalışı işiydi. İkinci yarısında, çekirdeğin içindeki kuvvetleri inceledi. Derecesi Haziran 1921'de verildi. Kasım ayında, Gonville and Caius College'ın Fellow'u oldu.
Araştırmacı
Cambridge
Chadwick'in Clerk-Maxwell asistan bursu 1923'te sona erdi ve Rus fizikter Pyotr Kapitza tarafından yerine getirildi. Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Departmanı Danışma Konseyi Başkanı Sir William McCormick, Chadwick'in Rutherford'un yardımcı araştırma müdürü olmasını sağladı. Bu rolde, Chadwick Rutherford'u PhD öğrencileri seçmesine yardımcı oldu. Sonraki birkaç yıl içinde, bunlar John Cockcroft, Norman Feather ve Mark Oliphant içeriyor; bu kişiler Chadwick ile sıkı arkadaş olacaklardır. Çoğu öğrencinin ne araştırmak istediği konusunda hiçbir fikri olmadığı için, Rutherford ve Chadwick konular önerecekti. Chadwick laboratuvarın ürettiği tüm makaleleri düzenledis.
1925'te, Chadwick Liverpool hisse senetçisinin kızı Aileen Stewart-Brown ile tanıştı. İkili Ağustos 1925'te evlendi; Kapitza Best Man olmak üzere. Çift Şubat 1927'de doğan ikiz kızları Joanna ve Judith'e sahipti.
Araştırmasında, Chadwick çekirdeği prob etmeye devam etti. 1925'te, spin kavramı fizikterlerin Zeeman etkisini açıklamasına izin vermişti, ancak bu açıklanmayan anormallikleri de yarattı. O zamanlar çekirdeğin proton ve elektronlardan oluştuğu düşünülüyordu; örneğin nitrogenin çekirdeği, 14'lük bir kütle sayısı ile 14 proton ve 7 elektron içerdiği varsayılıyordu. Bu ona doğru kütle ve yükü verdi, fakat yanlış spin.
1928'de Cambridge'da beta partikülleri ve gama ışınları hakkında bir konferansta, Chadwick Geiger ile tekrar görüştü. Geiger, postdoktoral öğrencisi Walther Müller tarafından geliştirilen Geiger sayacının yeni bir modelini beraberinde getirmişti. Chadwick savaştan beri birini kullanmamıştı ve yeni Geiger-Müller sayacı, Cambridge'da o zaman kullanılan scintillasyon tekniklerine göre potansiyel olarak büyük bir iyileştirmeydi; gözlem için insan gözüne dayanıyordu. Bununla ilgili ana dezavantaj, alpha, beta ve gama radyasyonunu algılamıydı ve radyum, Cavendish laboratuvarının normalde deneylerinde kullandığı, üçünü de yaydı ve bu nedenle Chadwick'in aklında olanlar için uygun değildi. Ancak, polonyum bir alpha yayıcısıdır ve Lise Meitner Chadwick'e Almanya'dan yaklaşık 2 millikürisi yaklaşık 0,5 μg gönderdi.
Almanya'da, Walther Bothe ve öğrencisi Herbert Becker polonyum kullanarak berilliyumü alfa partikülleriyle bombalaadı ve olağandışı bir radyasyon formu ürettiler. Chadwick, bu Australian 1851 Sergisi araştırmasında Hugh Webster sonuçları tekrarladı. Chadwick için, bu, kendisinin ve Rutherford'un yıllardır varsayıldığı şeyin kanıtı idi: nötron, elektrik yükü olmayan teorik bir nükleer partikeldir. Ardından Ocak 1932'de Feather, Chadwick'in dikkatini başka bir şaşırtıcı sonuca çekti. Frédéric ve Irène Joliot-Curie, polonyum ve berilliyumü gama radyasyonu için bir kaynak olarak kullanarak parafinli mumdan proton koparmayı başarmışlardı. Rutherford ve Chadwick katılmadı; protonlar bunun için çok ağır idi. Fakat nötronlar aynı etkiyi başarmak için sadece küçük bir enerji miktarına ihtiyaç duyacaklardı. Roma'da, Ettore Majorana aynı sonuca geldi: Joliot-Curie'ler nötronu keşfetmişti fakat bilmiyorlardı.
Chadwick nötronu varoluşunu kanıtlamaya konsantre olmak için diğer tüm sorumluluklarını düşürdü; Feather yardımcı oldu ve sık sık gece geç saatlerde çalıştı. Polonyum kaynağı ve berilliyum hedefi içeren bir silindir içeriden oluşan basit bir aparat tasarladı. Ortaya çıkan radyasyon daha sonra parafinli mum gibi bir materyale yönlendirilebilir; yer değiştirmiş partiküller, protonlar olacak, küçük bir iyonizasyon odasına girerdi ve osiloskoplit algılanabilirdi. Şubat 1932'de, nötronlar ile sadece yaklaşık iki haftalk deneylemeden sonra, Chadwick Nature'a "Nötronu Olası Varlığı" başlıklı bir mektup gönderdi. Mayıs ayında "Nötronu Varlığı" başlıklı Kraliyet Cemiyeti A Proceed'lerine gönderilen bir makalede bulgularını detaylı bir şekilde iletişim kurdu. Nötronu keşfi, çekirdeği anlamada bir kilometre taşıydı. Chadwick'in makalesini okuyarak, Robert Bacher ve Edward Condon, nitrojenin spini gibi o zamanki teorideki anormalliklerin, nötronun 1/2 spinini ve nitrogenin çekirdeğinin yedi proton ve yedi nötron içerdiğini fark ettiler.
Teorik fizikterl Niels Bohr ve Werner Heisenberg, nötronun proton-elektron çiftinden ziyade proton ve elektron gibi temel bir nükleer partikel olup olamayacağını değerlendirdiler. Heisenberg nötronun yeni bir nükleer partikel olarak en iyi şekilde tanımlandığını gösterdi, ancak tam doğası belirsiz kaldı. 1933 Bakerian Dersinde, Chadwick nötronun yaklaşık 1.0067 u kütleye sahip olduğunu tahmin etti. Bir proton ve elektronun 1.0078 u kombine kütleye sahip olduğu için, bu nötronun proton-elektron bileşimi olan bağlanma enerjisinin yaklaşık 2 MeV olduğunu kapsıyordu; bu makul görünüyordu, ancak bu kadar az bağlanma enerjisine sahip bir partikelin nasıl sabit olabileceği anlamak zordu. Bu kadar küçük bir kütle farkını tahmin etmek, yine de zorlayıcı hassas ölçümler gerektiriyordu ve 1933-4'te birkaç çatışan sonuçlar elde edildi. Bor bombalaması alfa partikülleriyle yapılırken, Frédéric ve Irène Joliot-Curie nötronun kütlesi için geniş bir değer elde ettiler; ancak California Üniversitesi'ndeki Ernest Lawrence'ın ekibi küçük bir tane üretti. Daha sonra, Nazi Almanya'dan kaçmış ve Cavendish Laboratuvarı'nda bir lisansüstü öğrenci olan Maurice Goldhaber, Chadwick'e deuteron'ların 208Tl'nin 2.6 MeV gama ışınları tarafından (daha sonra "Torium C" olarak bilinen) fotodisintegre edilebileceğini önerdi:
2 1D + γ → 1 1H + n
Nötronun kütlesi için doğru bir değer bu işlemden belirlenebilir. Chadwick ve Goldhaber bunu denedi ve işe yaradığını buldular. Üretilen protonun kinetik enerjisini 1.05 MeV ölçüldü ve nötronun kütlesini denklemde bilinmeyen olarak bıraktı. Chadwick ve Goldhaber, değerlere bağlı olarak 1.0084 veya 1.0090 atom birimi olduğunu hesapladı
