(Bollington, près de Macclesfield, Angleterre, 20 octobre 1891; Cambridge, Angleterre, 24 juillet 1974)

physique.

Chadwick était le fils de J. J. Chadwick. qui avait une entreprise de blanchisserie à Manchester, et d’anne Marie Knowles. Après avoir fréquenté L’école secondaire municipale de Manchester, il a remporté une bourse à L’Université de Manchester, où il a étudié la physique sous Ernest 0. Rutherford. Il a reçu un diplôme de première classe en 1911, puis a été accepté par Rutherford en tant qu’étudiant de recherche pour le M.Sc., A cette époque, le département de physique de Manchesterétait à son apogée, car outre Rutherford son personnel comprenait Hans Geiger. Il est le fils de Charles Galton Darwin, György Hevesy et Henry G. J. Moseley. ainsi que, pendant un moment, Niels Bohr. Les atomes de Rutherford et de Bohr datent tous deux de cette période. En 1913, Chadwick est allé travailler avec Geiger à Berlin et était toujours là lorsque la guerre a éclaté l’année suivante. Il est interné jusqu’à la fin de la guerre en 1918.,

L’internement N’empêcha pas Chadwick de poursuivre des intérêts scientifiques—il fut même autorisé à rendre visite à des collègues scientifiques allemands—mais les matériaux disponibles étaient basiques et la littérature inexistante: la science était plus une aide à la survie qu’autre chose. En 1918, il est retourné à Manchester et un emploi avec Rutherford, déménageant à Cambridge avec lui quand il a été nommé professeur Cavendish en 1919., En 1921, Chadwick a été élu à une bourse de recherche au Gonville and Caius College, et l’année suivante, il a été nommé directeur adjoint de la recherche sous Rutherford au Cavendish Laboratory, un poste financé par le département de la recherche scientifique et industrielle pour prendre une partie de la charge de Rutherford.pendant les treize années suivantes, Chadwick a pris la charge quotidienne de toutes les recherches à ce qui était alors le principal laboratoire en physique atomique et nucléaire expérimentale. Il a également contribué de manière significative à cette recherche, souvent en collaboration avec d’autres., En raison de ses fonctions administratives, il n’avait aucune charge d’enseignement. En 1925, il épouse Eileen Stewart-Brown; ils ont des filles jumelles.

Les relations de Chadwick avec Rutherford semblent avoir été généralement très bonnes, mais au début des années 1930, le développement de la physique nucléaire a entraîné la perspective d’une querelle. Chadwick croyait que L’accélérateur de particules cyclotron inventé par Ernest Lawrence deviendrait rapidement un outil essentiel pour la recherche en physique nucléaire, et il en voulait un à Cambridge, Rutherford a refusé d’en avoir un. En 1935, décidant qu’il était temps de bouger., Chadwick a accepté la chaire Lyon Jones de physique à L’Université de Liverpool. Au cours des années suivantes, il a construit le département de physique, qui avait pratiquement cessé d’exister en tant que centre de recherche, avec un cyclotron comme pièce maîtresse.

lorsque la Seconde Guerre mondiale éclate en 1939, Chadwick se retrouve de nouveau en Europe, mais cette fois, il peut retourner en Angleterre, pendant les quatre années suivantes, il partage son attention entre l’université et le service gouvernemental, ce dernier étant de plus en plus prédominant., À la fin de 1943, il s’installe aux États-Unis pour prendre en charge la partie Britannique du projet de bombe atomique. Chadwick est retourné à Liverpool en 1946 et a repris le travail de construction du département de physique, en 1948, on lui a offert la maîtrise de Gonville et Caius College, Cambridge, qu’il a décidé d’accepter. Il semble avoir senti que sa dette envers le collège, qui avait été très gentil avec lui quand il est arrivé à Cambridge, l’emportait sur sa préférence pour rester actif en physique. La décision n’a peut-être pas été sage, cependant, car la politique universitaire a conduit à sa démission en 1958., Il a pris sa retraite au nord du Pays De Galles, mais est retourné à Cambridge en 1969 pour être près de ses filles.

Les premières recherches de Chadwick, que lui confia Rutherford, portaient sur l’absorption des rayons gamma; d’abord sur son utilisation comme test de précision des étalons de radium, puis sur les applications de la méthode conçue pour la normalisation. Il a étudié l’excitation des rayons gamma par les rayons bêta (électrons) puis par les rayons alpha (noyaux d’hélium), ce dernier en collaboration avec le radiochimiste A. S. Russell. Dans les deux cas, l’excitation a été confirmée., À Berlin avec Geiger, Chadwick a entrepris de déterminer par observation directe, à l’aide d’un compteur de points Geiger primitif, les intensités relatives des raies discrètes observées par Rutherford et Robinson dans les spectres radioactifs de betaray. Bien qu’il ait pu identifier quelques-unes des raies les plus intenses observées, il a également trouvé un spectre continu à côté de la discrète. Il a essayé de changer l’appareil de détection, mais cela n’a fait que confirmer la conclusion., Theresult est venu comme une surprise complète et ne pouvait pas facilement être expliqué théoriquement, mais il était une indication claire de la compétence expérimentale de Chadwick. Les deux spectres, et la relation entre eux, sont devenus un problème important en physique atomique et nucléaire.

Après avoir déménagé avec Rutherford à Cambridge, Chadwick a repris les recherches commencées avant la guerre. Il travailla, comme auparavant, sous la direction de Rutherford, fournissant efficacement ses propres solutions aux problèmes du maître., L’une de ses premières missions a été d’utiliser la détermination des probabilités de diffusion des rayons alpha pour confirmer l’hypothèse de van den Broek selon laquelle la charge nucléaire d’un atome sur le modèle de Rutherford-Bohr était la même que le numéro atomique chimique. En utilisant un arrangement de diffusion axialement symétrique et un arrangement optique beaucoup amélioré pour le comptage des scintillations de particules alpha déviées, Chadwick a confirmé l’hypothèse pour le platine avec une précision de 1% et pour l’argent et le cuivre avec une précision légèrement inférieure. En 1921, travaillant avec E. S., Bieler, il a appliqué le même arrangement expérimental à l’étude de la diffusion de particules alpha par l’hydrogène dans des feuilles de cire de paraffine. En utilisant l’hydrogène gazeux, Rutherford avait déjà noté des divergences entre la théorie et l’expérience; L’analyse plus sophistiquée de Chadwick et Bieler l’a confirmé, les amenant à proposer un modèle asymétrique de la particule alpha. La même configuration expérimentale a été utilisée par Chadwick et P. H. Mercier pour une analyse de la diffusion des rayons bêta.

Chadwick a également collaboré pendant cette période Avec C. D., Ellis, qu’il avait rencontré dans le camp D’internement en Allemagne, sur une poursuite de l’analyse des spectres bêta radioactifs et avec K. G. Emeléus sur l’analyse en chambre nuageuse des collisions de particules alpha. Ses recherches principales tout au long des années 1920, cependant, était en collaboration directe avec Rutherford., À la suite de la découverte par Rutherford de la transmutation artificielle des noyaux sous bombardement de rayons alpha (ils l’ont appelée désintégration artificielle, pensant à tort que les particules alpha n’étaient pas absorbées), ils ont démontré des transmutations dans une gamme d’éléments en plus de l’azote de l’expérience originale. Chadwick et Ellis ont étudié les propriétés des particules de désintégration, confirmant qu’il s’agissait de protons., Après avoir démontré l’existence de particules de désintégration se déplaçant dans différentes directions, ils l’ont utilisé pour éliminer les effets de la contamination par l’hydrogène (qui a donné des protons parasites) et ainsi démontré des transmutations dans encore plus d’éléments. Lorsque les travailleurs de Vienne ont prétendu avoir trouvé des transmutations d’éléments pour lesquels Rutherford et Chadwick n’avaient trouvé aucun effet, y compris le carbone et l’oxygène, les compétences expérimentales de Chadwick ont été appelées. tout à fait avec succès, pour maintenir le point de vue de Cambridge., D’autres travaux avec Rutherford au cours de cette période, sur les particules alpha émises de manière radioactive de portée inhabituellement longue, ont également été effectués en vue du groupe de Vienne, qui avait signalé que les particules n’existaient pas.

dans la seconde moitié des années 1920, Rutherford et Chadwick se sont penchés sur le problème de la structure nucléaire soulevé par les expériences antérieures sur la diffusion des particules alpha par l’hydrogène. En 1925, ils ont d’abord regardé la diffusion par d’autres éléments; le magnésium, l’aluminium, l’or et l’uranium., Ils se sont ensuite tournés vers la diffusion de l’hélium, dans laquelle les particules dispersées et diffusantes étaient identiques (les particules alpha sont des noyaux d’hélium), de sorte qu’il n’y avait qu’une seule structure nucléaire à affronter. Une fois de plus, ils ont conclu qu’une certaine asymétrie dans la structure serait nécessaire., Ils supposaient, cependant, que lescattering prédit par la mécanique quantique dans ce cas était le même que celui prédit par la mécanique classique, en 1928 Nevill Mott a montré que ce n’était pas vrai pour les particules identiques, et en 1930 Chadwick a montré que les résultats de la diffusion de l’hélium pouvaient en fait être interprétés par la mécanique quantique,

mis à part ses travaux sur les spectres bêta à l’aide de compteurs de points Geiger et son incursion dans les techniques de chambre nuageuse, toutes les recherches publiées par Chadwick dans les années 1920 étaient basées sur le comptage de scintillation (l’observation optique des scintillations produites lorsqu’une particule proton ou alpha frappe un écran de sulfure de zinc). Cette technique avait cependant ses limites et, à la fin de la décennie, des techniques électriques capables de la surpasser entraient en service., En 1928, Geiger et Walther Müller ont amélioré le compteur de points antérieur de Geiger pour faire ce qui est généralement connu comme un compteur Geiger, un détecteur très sensible des rayons bêta et gamma. Le compteur était plutôt peu fiable, en ce sens qu’il était soumis à de faux comptes à la suite de véritables; mais il pouvait être utilisé de manière fiable pour le comptage des coïncidences. Chadwick a répondu à la nouvelle invention en construisant rapidement certains pour une utilisation dans le laboratoire Cavendish., Pendant ce temps, HL Greinacher à Hern avait réussi à détecter des particules alpha et des protons individuels en amplifiant linéairement les courants d’ionisation produits par les particules dans une petite chambre d’ionisation.

en 1928, Walther Bothe et Johannes Fränz à Berlin avaient appliqué la nouvelle technique à l’étude de la transmutation du bore, en utilisant une source de polonium de rayons alpha à la place du dépôt actif traditionnel de radium., L’expérience de Rutherford avait toujours été que les rayons alpha du polonium ne produisaient pas de transmutations; mais comme la nouvelle technique de comptage était sensible au rayonnement gamma de fond, l’utilisation de dépôts actifs de radium, avec des sorties de gammaray très élevées, a été exclue. Les travaux de Bothe et Fräz ont montré que les rayons alpha du polonium produisaient effectivement des transmutations malgré leurs très faibles énergies, un phénomène qui a rapidement été expliqué par la nouvelle mécanique quantique.

sous la direction de Chadwick, la nouvelle technique de comptage fut rapidement adoptée et développée par C. E. Wynn-Williams et d’autres membres du Cavendish., En 1930, Chadwick, J. L. R. Constable et E. C. Pollard ont utilisé l’amplification linéaire électrique des courants d’ionisation et. pour la première fois, une source de polonium pour étudier la relation entre les énergies des rayons alpha incidents et les protons émis dans les transmutations nucléaires. Un an plus tard, Chadwick et Constable, avec une source de polonium améliorée et une chambre d’ionisation améliorée, ont pu donner une analyse quantitative détaillée des transmutations atomiques.

pendant ce temps, l’intérêt s’était accru pour la production de rayonnement gamma sous bombardement de particules alpha., Les rayons Gamma étaient connus pour être émis avec les rayons alpha radioactifs. En regardant les spectres d’énergie des rayons alpha, George Gamow a suggéré en 1931) que lorsqu’une particule alpha était émise par une source radioactive avec moins de l’énergie maximale possible, un quantum de rayons gamma serait ensuite émis pour rétablir le bilan énergétique. Il était devenu de plus en plus évident dans les expériences de Cavendish et ailleurs que les protons émis par les transmutations nucléaires n’étaient pas tous de la même énergie, et il était donc naturel de rechercher également des rayons gamma dans ce contexte.,

en 1930, Bothe et H. Becker détectèrent un rayonnement pénétrant, supposé être des rayons gamma, émis lorsque des éléments lumineux étaient bombardés de rayons alpha de polonium. Ils ont également noté un effet surprenant pour le béryllium: l’intensité du rayonnement pénétrant de cet élément était presque dix fois supérieure à celle de tout autre élément, et le rayonnement était exceptionnellement pénétrant, peu de temps après, H. C. Webster, travaillant sous la direction de Chad wick sur le même sujet, a observé un phénomène similaire., En juin 1931, Chadwick et Webster ont envisagé la possibilité que le rayonnement pénétrant extrême du béryllium ne soit pas des rayons gamma, comme on le supposait généralement, mais des neutrons.

L’existence possible d’un neutron, envisagé comme un état lié de proton et d’électron, avait été suggérée par Rutherford en 1920, et au cours des années intermédiaires, il y avait eu un certain nombre de tentatives faites dans le Cavendish pour détecter de telles particules., Chadwick lui-même avait cherché des preuves de neutrons dans l’hydrogène en 1923 et à nouveau, avec les nouveaux compteurs Geiger, en 1928, et tout au long de tous les travaux sur les transmutations nucléaires, la possibilité d’émissions de neutrons avait été gardée à l’esprit. Le béryllium en particulier était considéré comme une source prometteuse de neutrons, car il n’émettait pas de protons sous bombardement de rayons alpha et, par un faux argument, parce que le béryl naturel était connu pour contenir beaucoup d’hélium: cela suggérait que sous rayonnement cosmique, le noyau de béryllium pourrait se diviser en deux noyaux d’hélium et un neutron., Chadwick avait cherché des neutrons à partir du béryllium pendant un certain nombre d’années, et son interprétation de L’observation de Webster était naturelle. L’énergie des particules extrêmement pénétrantes était liée à leur direction d’une manière qui suggérait qu’il pourrait s’agir de particules matérielles plutôt que de rayons gamma, et leur pouvoir pénétrant suggérait que si tel était le cas, elles devaient être non chargées. Les tentatives pour observer leur passage à travers une chambre d’ionisation ont échoué, cependant, et le problème a été mis de côté.,

Au début de 1932, Irène Joliot-Curie et Frédéric Joliot à Paris rapportèrent que le rayonnement du béryllium était encore plus pénétrant qu’on ne le pensait. Ils ont toujours supposé qu’il s’agissait d’un rayonnement gamma; mais quand Chadwick a lu le rapport, il a vu, tout comme Rutherford, que l’arithmétique énergétique des collisions qui le produisaient ne s’additionnait pas., Maintenant, Chadwick était convaincu que le rayonnement devait être quelque chose de nouveau et pourrait bien être des neutrons, en utilisant la chambre d’ionisation et l’amplificateur linéaire de ses récentes recherches, ainsi qu’une source de polonium nouvelle et améliorée, il a étudié les effets des collisions entre les rayons pénétrants et une gamme de substances diverses, mesurant les énergies, Il a rapidement montré que les résultats concordaient complètement avec la théorie selon laquelle le rayonnement pénétrant était composé de particules neutres d’à peu près la masse du proton, et nécessitait des hypothèses invraisemblables s’il s’agissait de rayons gamma. Un court article annonçant la découverte du neutron a été soumis en février 1932. Des articles détaillés de Chadwick, de Norman Feather et de Philip Dee, qui ont utilisé des techniques de chambre nuageuse pour analyser davantage les propriétés des neutrons, ont suivi en mai.,

en 1933, Chadwick travaille avec Patrick Blackett et Giuseppe Occhialini, qui viennent de démontrer l’existence du positron. L’idée était que les positrons pourraient être produits dans les interactions neutroniques, mais il s’est avéré que les effets observés étaient dans ce cas dus aux rayons gamma. L’équipe s’est ensuite concentrée sur l’analyse quantitative de la production gamma de positrons. Avec D. Lea. Chadwick a également mené une recherche du neutrino postulé par Wolfgang Pauli pour rendre compte des spectres continus des rayons bêta démontrés pour la première fois par Chadwick., Incapables de détecter des particules, ils ont montré, à l’aide d’une chambre d’ionisation à très haute pression, que si le neutrino existait, il ne pourrait pas produire plus d’une ionisation dans 150 kilomètres d’air à pression normale.

Le Dernier grand travail de Chadwick avant de quitter Cambridge pour Liverpool a été avec Maurice Goldhaber, qui l’a rejoint comme assistant personnel en 1934. Suivant une suggestion de Goldhaber, ils ont démontré l’effet photoélectrique nucléaire sous la forme de la désintégration du deutérium sous l’éclairage de gammaray., Ce travail a également conduit à la première figure précise de la masse du neutron, et à la spéculation quant à la signification des neutrons lents. Il n’a pas été publié, cependant, et quelques mois plus tard, Enrico Fermi a observé et réalisé l’importance du même phénomène. Après les travaux de Fermi, Chadwick et Goldhaber ont étudié les transmutations induites par les neutrons lents du lithium, du bore et de l’azote. Après avoir déménagé à Liverpool en 1935, Chadwick a fait quelques travaux supplémentaires sur la photodisintegration du deutérium avec N. heather et F., Bretscher, bien qu’il ait concentré son attention sur la construction d’un cyclotron et la construction du département de physique là-bas. En ce qui concerne les publications scientifiques, sa carrière était effectivement terminée. Cependant, il avait encore une contribution majeure à apporter en tant que scientifique, et c’était au programme d’énergie atomique en temps de guerre.

la première réponse de Chadwick à la découverte de la fission fut de se reprocher de ne pas l’avoir fait lui-même plus tôt; il avait étudié l’uranium sous bombardement de neutrons lents avec Goldhaber., mais en filtrant les rejets de particules alpha, ils avaient également filtré tous les produits de fission qui auraient pu être présents. Chad wick n’a pas d’abord répondu à la fission avec un travail expérimental de son propre chef; mais une fois que G. P. Thomson, qui a répondu de cette manière, avait alerté les autorités sur les possibilités d’une bombe à fission, Chad wick a été consulté. Comme Thomson, il ne voyait au début aucune perspective réelle d’une bombe— la masse critique serait énorme et la réaction serait trop lente pour aller bien avant que l’uranium ne se développe pour l’arrêter. Il a lu Bohr et J. A., L’analyse de Wheeler, dans laquelle la fission a été attribuée à l’isotope relativement rare uranium 235, l’a amené à décider, à la fin de 1939, que les possibilités ne pouvaient pas être complètement écartées et que plus d’informations étaient nécessaires. En utilisant le cyclotron de Liverpool, il a entrepris d’obtenir ces informations.

à la suite du Mémorandum D’Otto Frisch et Ronald Peierls (avril 1940), dans lequel il était estimé qu’une bombe pourrait être fabriquée avec seulement quelques livres d’uranium 235 pur, Chadwick a été fait membre du M. A. U. D., Comité sur l’utilisation militaire de l’uranium et a pris en charge la coordination des travaux scientifiques pertinents dans les universités britanniques. À la fin de l’année, il était complètement impliqué dans ce travail et convaincu que le développement d’une bombe était inévitable. Au fur et à mesure que les travaux se poursuivaient pendant les premières années de la guerre, Chadwick joua un rôle de plus en plus important dans les discussions., Lorsque les Britanniques ont finalement décidé d’abandonner leurs efforts pour un projet de bombe et de transférer leurs scientifiques au projet américain, Chadwick a été nommé conseiller technique des représentants britanniques au sein du Comité de politique combinée—le seul scientifique du groupe britannique à avoir pleinement accès à toutes les informations du projet. Les britanniques avaient voulu que Wallace Akers, responsable de leur projet, occupe ce poste, mais les Américains se méfiaient de ses relations commerciales (il était détaché D’Imperial Chemical Industries)., Chadwick commandait le plus grand respect en tant que scientifique et, un homme naturellement discret, avait toute confiance. Il avait également des compétences diplomatiques exceptionnelles.

Les capacités de scientifique et de diplomate de Chadwick assurèrent que la collaboration Anglo-américaine se déroulait bien et, bien qu’il ne puisse pas toujours empêcher les politiciens et les fonctionnaires britanniques de contrarier les Américains, ses conseils sobres l’emportèrent suffisamment pour que ces derniers ne renoncent pas à l’effort commun. Même après la fin de la guerre en Europe. Chadwick a insisté pour que les Britanniques mettent tous leurs efforts dans le projet américain., Bien que les Britanniques soient sortis de la guerre avec moins d’informations qu’ils ne l’auraient souhaité, ce qu’ils avaient, ils le devaient en grande partie à Chadwick.

à la fin de la guerre, un Chadwick épuisé laissa savoir qu’il n’était pas intéressé par le poste de directeur de L’établissement de recherche sur L’énergie atomique prévu à Harwell, préférant retourner à la vie universitaire. Il continua cependant à jouer un rôle consultatif important dans le programme Britannique d’énergie atomique., Faisant suite à une préoccupation antérieure concernant la physique médicale, il a joué un rôle déterminant dans la création du Centre de radiochimie à Amersham pour la production de radioisotopes.

Chadwick a remporté le Prix Nobel de physique en 1935. Il a été anobli en 1945 et fait compagnon d’honneur en 1970. Chadwick a été élu membre de la Royal Society en 1927, il a reçu ses médailles Hughes (1932) et Copley (1950), et a servi comme vice-président dans le Proche 1948-1949, il a également reçu un large éventail d’autres honneurs et récompenses scientifiques.

bibliographie

I. œuvres originales., Une bibliographie des écrits de Chadwick se trouve dans la nécrologie de Massey et Feather (voir ci-dessous), sa découverte du neutron a été rapportée dans « Possible Existence of a Neutron”, dans Nature, 129 (1932). 312, et « L’Existence d’un Neutron,” dans les actes de la Royal Society. A136 (1932), 692-708.

Une importante collection de documents et de correspondance de Chadwick se trouve dans les archives du Churchill College, Cambridge, qui possède également une transcription d’une entrevue avec Chadwick réalisée par C. Weiner en 1969.

II. littérature secondaire., La principale source d’information publiée sur la vie de Chadwick est Sir Harrie Massey et Norman Feather, « James Chadwick », dans Les mémoires biographiques des Fellows de la Royal Society. 22 (1976), 11–70. Les Articles traitant de la découverte du neutron et d’autres aspects du travail de Chadwick sont rassemblés dans John Hendry, ed., Cambridge Physics in the Thirties (Bristol, 1984) qui contient également une bibliographie complète de la littérature secondaire connexe: Voir Aussi Norman Feather. « Neutron de Chadwick », en physique contemporaine. 15 (1974), 565-572, la carrière de Chadwick en temps de guerre est documentée dans Margaret M., Cowing, Britainand Atomic Energy1939–1945 (Londres et New York. 1964), et de l’Indépendance et de la Dissuasion (Londres et New York, 1974).

John Hendry