(n. Bollington, cerca de Macclesfield, Inglaterra, 20 de octubre de 1891; D.Cambridge, Inglaterra, 24 de julio de 1974)

física.

Chadwick era el hijo de J. J. Chadwick. que tenía un negocio de lavandería en Manchester, y de Ann Mary Knowles. Después de asistir a la Escuela Secundaria Municipal de Manchester ganó una beca para la Universidad de Manchester, donde estudió física con Ernest 0. Rutherford. Fue galardonado con un título de primera clase en 1911, luego fue aceptado por Rutherford como estudiante de investigación para el M.Sc., En este momento el Departamento de física en Manchesterwas en su apogeo, por Rutherford, además de su personal incluido Hans Geiger. Ernest Marsden, Charles Galton Darwin, György Hevesy, and Henry G. J. Moseley. así como, por un tiempo, Niels Bohr. Los átomos de Rutherford y Bohr datan de este período. En 1913 Chadwick fue a trabajar con Geiger en Berlín y todavía estaba allí cuando estalló la guerra al año siguiente. Fue internado hasta el final de la guerra en 1918.,

el internamiento no impidió que Chadwick persiguiera intereses científicos—incluso se le permitió visitar colegas científicos alemanes—pero los materiales disponibles eran básicos y la literatura inexistente: la ciencia era más una ayuda para la supervivencia que cualquier otra cosa. En 1918 regresó a Manchester y un trabajo con Rutherford, trasladándose a Cambridge con él cuando fue nombrado profesor Cavendish en 1919., En 1921 Chadwick fue elegido para una beca de investigación en Gonville y Caius College, y al año siguiente fue nombrado director asistente de investigación bajo Rutherford en el Laboratorio Cavendish, un puesto financiado por el Departamento de investigación científica e industrial para tomar parte de la carga de Rutherford, durante los próximos trece años Chadwick tomó cargo del día a día de toda la investigación en lo que entonces era el laboratorio líder en Física Atómica y nuclear experimental. También contribuyó significativamente a esta investigación, a menudo en colaboración con otros., Debido a sus deberes administrativos no tenía carga docente. En 1925 se casó con Eileen Stewart-Brown; tuvieron hijas gemelas.

La relación de Chadwick con Rutherford parece haber sido generalmente muy buena, pero a principios de la década de 1930 el desarrollo de la física nuclear trajo consigo la perspectiva de una pelea. Chadwick creía que el acelerador de partículas de ciclotrón inventado por Ernest Lawrence se convertiría rápidamente en una herramienta esencial para la investigación de la física nuclear, y quería uno en Cambridge, Rutherford se negó a tener uno. En 1935, decidió que era hora de mudarse., Chadwick aceptó la Cátedra Lyon Jones de física en la Universidad de Liverpool. En los años siguientes construyó el Departamento de física, que prácticamente había dejado de existir como un centro de investigación, con un ciclotrón como su pieza central.

cuando estalló la Segunda Guerra Mundial en 1939, Chadwick de nuevo se encontró en Europa, pero esta vez fue capaz de regresar a Inglaterra, durante los siguientes cuatro años dividió su atención entre la universidad y el servicio gubernamental, con este último cada vez más predominante., A finales de 1943 se trasladó a los Estados Unidos para hacerse cargo de la parte Británica del proyecto de la bomba atómica. Chadwick regresó a Liverpool en 1946 y reanudó el trabajo de la construcción del departamento de física, en 1948 se le ofreció la maestría de Gonville y Caius College, Cambridge, que decidió aceptar. Parece haber sentido que su deuda con el colegio, que había sido muy amable con él cuando llegó por primera vez a Cambridge, superó su preferencia por permanecer activo en la física. La decisión puede no haber sido una sabia, sin embargo, para la política de la Universidad llevó a su renuncia en 1958., Se retiró al norte de Gales, pero regresó a Cambridge en 1969 para estar cerca de sus hijas.

la investigación temprana de Chadwick, asignada a él por Rutherford, estaba relacionada con la absorción de Rayos gamma; primero con su uso como una prueba de precisión de los estándares de radio y luego con las aplicaciones del método ideado para la estandarización. Investigó la excitación de los rayos gamma por rayos beta (electrones) y luego por rayos alfa (núcleos de helio), este último en colaboración con el radioquimista A. S. Russell. En ambos casos se confirmó la excitación., En Berlín con Geiger, Chadwick se propuso determinar por observación directa, utilizando un contador de puntos Geiger primitivo, las intensidades relativas de las líneas discretas observadas por Rutherford y Robinson en espectros de betaray radioactivos. Aunque fue capaz de identificar algunas de las líneas más intensas observadas, también encontró un espectro continuo junto con el discreto. Intentó cambiar el aparato de detección, pero esto simplemente confirmó la conclusión., El resultado fue una completa sorpresa y no podía explicarse teóricamente fácilmente, pero era una clara indicación de la habilidad experimental de Chadwick. Ambos espectros, y la relación entre ellos, se convirtieron en un problema importante en la física atómica y nuclear.

después de mudarse con Rutherford a Cambridge, Chadwick reanudó la investigación iniciada antes de la guerra. Trabajó, como antes, bajo la dirección de Rutherford, proporcionando efectivamente sus propias soluciones a los problemas del maestro., Una de sus primeras tareas fue utilizar la determinación de probabilidades de dispersión de rayos alfa para confirmar la hipótesis de van den Broek de que la carga nuclear de un átomo en el modelo de Rutherford-Bohr era la misma que el número atómico químico. Empleando una disposición de dispersión axialmente simétrica y una disposición óptica mucho mejor para el conteo de centelleos de partículas alfa desviados, Chadwick confirmó la hipótesis para el platino con una precisión dentro del 1 por ciento y para la Plata y el cobre con una precisión ligeramente menor. En 1921, trabajando con E. S., Bieler, aplicó la misma disposición experimental al estudio de la dispersión de partículas alfa por hidrógeno en láminas de cera de parafina. Usando gas hidrógeno, Rutherford ya había notado discrepancias entre la teoría y el experimento; el análisis más sofisticado de Chadwick y Bieler confirmó esto, llevándolos a proponer un modelo asimétrico de la partícula alfa. La misma configuración experimental fue utilizada por Chadwick y P. H. Mercier para un análisis de la dispersión de rayos beta.

Chadwick también colaboró durante este período Con C. D., Ellis, a quien había conocido en el campo de internamiento en Alemania, en una continuación del análisis de los espectros beta radiactivos y con K. G. Emeléus en el análisis de la cámara de nubes de colisiones de partículas alfa. Su principal investigación a lo largo de la década de 1920, sin embargo, fue en colaboración directa con Rutherford., Siguiendo el descubrimiento de Rutherford de la transmutación artificial de núcleos bajo bombardeo de rayos alfa (lo llamaron desintegración artificial, pensando erróneamente que las partículas alfa no fueron absorbidas), demostraron transmutaciones en una gama de elementos además del nitrógeno del experimento original. Chadwick y Ellis investigaron las propiedades de las partículas de desintegración, confirmando que eran protones., Después de demostrar la existencia de partículas de desintegración moviéndose en diferentes direcciones, utilizaron esto para eliminar los efectos de la contaminación de hidrógeno (que dio protones espurios) y por lo tanto demostraron transmutaciones en aún más elementos. Cuando los trabajadores de Viena afirmaron haber encontrado transmutaciones de elementos para los que Rutherford y Chadwick no habían encontrado ningún efecto, incluyendo carbono y oxígeno, se recurrió a la habilidad experimental de Chadwick. con bastante éxito, para mantener el punto de vista de Cambridge., Otro Trabajo con Rutherford en este período, en partículas alfa emitidas radioactivamente de un rango inusualmente largo, también se realizó con vistas al grupo de Viena, que había informado que las partículas no existían.

en la segunda mitad de la década de 1920 Rutherford y Chadwick se centraron en el problema de la estructura nuclear planteado por los experimentos anteriores sobre la dispersión de partículas alfa por hidrógeno. En 1925 vieron por primera vez la dispersión por una gama de otros elementos; magnesio, aluminio, oro y uranio., Luego recurrieron a la dispersión de helio, en la que las partículas dispersas y dispersas eran idénticas (las partículas alfa son núcleos de helio), de modo que solo había una estructura nuclear con la que lidiar. Una vez más llegaron a la conclusión de que sería necesaria cierta asimetría en la estructura., Asumían, sin embargo, que la dispersión predicha por la mecánica cuántica en este caso era la misma que la predicha por la mecánica clásica, en 1928 Nevill Mott mostró que esto no era cierto para partículas idénticas, y en 1930 Chadwick mostró que los resultados de la dispersión de helio podrían De hecho ser interpretados por la mecánica cuántica sin necesidad de asimetrías.,

aparte de su trabajo en espectros beta usando contadores de puntos Geiger y su incursión en técnicas de cámara de nubes, toda la investigación publicada por Chadwick en la década de 1920 se basó en el recuento de centelleo (la observación óptica de los centelleos producidos cuando un protón o partícula alfa golpea una pantalla de sulfuro de zinc). Esta técnica tenía sus limitaciones, sin embargo, y para el final de la década las técnicas eléctricas capaces de superarla estaban entrando en uso., En 1928 Geiger y Walther Müller mejoraron el contador de puntos anterior de Geiger para hacer lo que generalmente se conoce como contador Geiger, un detector muy sensible de rayos beta y gamma. El contador era bastante poco fiable, ya que estaba sujeto a recuentos espurios a raíz de los genuinos; pero podía ser utilizado de manera fiable para el recuento de coincidencias. Chadwick respondió a la nueva invención construyendo rápidamente algunos para su uso en el Laboratorio Cavendish., Mientras tanto, HL Greinacher en Hern había tenido éxito en la detección de partículas alfa individuales y protones mediante la amplificación lineal de las corrientes de ionización producidas por las partículas en una pequeña cámara de ionización.

en 1928 Walther Bothe y Johannes Fränz en Berlín habían aplicado la nueva técnica al estudio de la transmutación del boro, utilizando una fuente de polonio de rayos alfa en lugar del depósito ACTIVO de radio tradicional., La experiencia de Rutherford siempre había sido que los rayos alfa de polonio no producían transmutaciones; pero como la nueva técnica de conteo era sensible a la radiación gamma de fondo, se descartó el uso de depósitos activos de radio, con salidas gammaray muy altas. El trabajo de Bothe y Fräz mostró que los rayos alfa de polonio sí producían transmutaciones a pesar de sus muy bajas energías, un fenómeno que pronto fue explicado por la nueva mecánica cuántica.

bajo la dirección de Chadwick, la nueva técnica de conteo fue rápidamente adoptada y desarrollada por C. E. Wynn-Williams y otros en el Cavendish., En 1930 Chadwick, J. L. R. Constable, y E. C. Pollard utilizaron la amplificación lineal eléctrica de las corrientes de ionización y. por primera vez, una fuente de polonio para estudiar la relación entre las energías de los rayos alfa incidentes y los protones emitidos en transmutaciones nucleares. Un año más tarde, Chadwick y Constable, con una fuente de polonio mejorada y una cámara de ionización mejorada, fueron capaces de dar un análisis cuantitativo detallado de las transmutaciones atómicas.

mientras tanto, el interés había estado aumentando en la producción de radiación gamma bajo bombardeo de partículas alfa., Se sabía que los rayos Gamma se emitían junto con los rayos alfa radiactivos. Mirando los espectros de energía de los rayos alfa, George Gamow sugirió en 1931) que cuando una partícula alfa era emitida desde una fuente radiactiva con menos de la máxima energía posible, un cuántico de Rayos gamma sería emitido posteriormente para restaurar el equilibrio de energía. Se había hecho cada vez más evidente en los experimentos de Cavendish y en otros lugares que los protones emitidos por las transmutaciones nucleares no eran todos de la misma energía, y por lo tanto era natural buscar rayos gamma en ese contexto también.,

en 1930 Bothe y H. Becker detectaron radiación penetrante, que se supone que son rayos gamma, emitidos cuando los elementos de luz fueron bombardeados con rayos alfa de polonio. También notaron un efecto sorprendente para el berilio: la intensidad de la radiación penetrante de este elemento fue casi diez veces mayor que para cualquier otro elemento, y la radiación fue excepcionalmente penetrante, poco después, H. C. Webster, trabajando bajo la dirección de Chad wick sobre el mismo tema, observó un fenómeno similar., En junio de 1931, Chadwick y Webster consideraron la posibilidad de que la radiación penetrante extrema del berilio podría no ser rayos gamma, como se suponía generalmente, sino neutrones.

la posible existencia de un neutrón, previsto como un estado unido de protones y electrones, había sido sugerido por Rutherford en 1920, y en los años intermedios había habido una serie de intentos realizados en el Cavendish para detectar tales partículas., El propio Chadwick había buscado pruebas de neutrones en hidrógeno en 1923 y de nuevo, con los nuevos contadores Geiger, en 1928, y a lo largo de todo el trabajo sobre transmutaciones nucleares, se había tenido en cuenta la posibilidad de emisiones de neutrones. El berilio en particular fue visto como una fuente prometedora de neutrones, porque no emitía protones bajo el bombardeo de rayos alfa y, a través de un argumento falso, porque se sabía que el berilo natural contenía una gran cantidad de helio: esto sugería que bajo la radiación cósmica el núcleo de berilio podría dividirse en dos núcleos de helio y un neutrón., Chadwick había buscado neutrones del berilio durante varios años, y su interpretación de la observación de Webster era natural. La energía de las partículas extremadamente penetrantes estaba relacionada con su dirección de una manera que sugería que podrían ser partículas materiales en lugar de rayos gamma, y su poder de penetración sugirió que si este era el caso, debían estar sin carga. Los intentos de observar su paso a través de una cámara de ionización fracasaron, sin embargo, y el problema fue dejado de lado.,

A principios de 1932 Irène Joliot-Curie y Frédéric Joliot en París informaron que la radiación del berilio era aún más penetrante de lo que se había pensado. Todavía asumían que era radiación gamma; pero cuando Chadwick leyó el informe, vio, al igual que Rutherford, que la aritmética de energía de las colisiones que la producen no cuadraba., Por ahora Chadwick estaba convencido de que la radiación debe ser algo nuevo y bien podría ser neutrones, utilizando la cámara de ionización y amplificador lineal de sus recientes investigaciones, junto con una nueva y mejorada fuente de polonio, investigó los efectos de las colisiones entre los rayos penetrantes y una gama de diversas sustancias, midiendo las energías de los átomos de retroceso en cada caso., Rápidamente demostró que los resultados concordaban completamente con la teoría de que la radiación penetrante estaba compuesta de partículas neutras de aproximadamente la masa del protón, y requería suposiciones inverosímiles si se suponía que eran rayos gamma. Un breve documento anunciando el descubrimiento del neutrón fue presentado en febrero de 1932. Artículos detallados de Chadwick, Norman Feather y Philip Dee, que utilizaron técnicas de cámara de nubes para analizar más a fondo las propiedades de los neutrones, siguieron en mayo.,

en 1933 Chadwick trabajó con Patrick Blackett y Giuseppe Occhialini, que acababa de demostrar la existencia del positrón. La idea era que los positrones podrían ser producidos en interacciones de neutrones, pero resultó que los efectos observados fueron en este caso debido a los rayos gamma. El equipo se concentró entonces en el análisis cuantitativo de la producción de positrones de Rayos gamma. Con D. Lea. Chadwick también realizó una búsqueda del neutrino postulado por Wolfgang Pauli para dar cuenta de los espectros continuos de rayos beta demostrados por primera vez por Chadwick., Incapaces de detectar partículas, mostraron, usando una cámara de ionización de muy alta presión, que si el neutrino existía, no podía producir más de una ionización en 150 kilómetros de aire a presión normal.

El último trabajo importante de Chadwick antes de dejar Cambridge para ir a Liverpool fue con Maurice Goldhaber, quien se unió a él como asistente personal en 1934. Siguiendo una sugerencia de Goldhaber, demostraron el efecto fotoeléctrico nuclear en forma de desintegración de deuterio bajo iluminación gammaray., Este trabajo también condujo a la primera cifra precisa de la masa del neutrón, y a la especulación en cuanto a la importancia de los neutrones lentos. No fue publicado, sin embargo, y unos meses más tarde Enrico Fermi observó y se dio cuenta de la importancia del mismo fenómeno. Siguiendo el trabajo de Fermi, Chadwick y Goldhaber investigaron las transmutaciones inducidas por neutrones lentos de litio, boro y nitrógeno. Después de mudarse a Liverpool en 1935, Chadwick hizo algunos trabajos adicionales sobre la fotodisintegración del deuterio con N. heather y F., Bretscher, aunque concentró su atención en la construcción de un ciclotrón y la construcción del departamento de física allí. En lo que respecta a las publicaciones científicas, su carrera había terminado efectivamente. Todavía tenía una importante contribución que hacer como científico, sin embargo, y que era para el programa de energía atómica en tiempo de guerra.

la primera respuesta de Chadwick al descubrimiento de la fisión fue reprocharse a sí mismo por no haberlo hecho antes; había estudiado uranio bajo un lento bombardeo de neutrones con Goldhaber., pero al filtrar las liberaciones de partículas alfa también habían filtrado cualquier producto de fisión que pudiera haber estado presente. Chad wick al principio no respondió a la fisión con ningún trabajo experimental propio; pero una vez que G. P. Thomson, que respondió de esta manera, alertó a las autoridades sobre las posibilidades de una bomba de fisión, Chad wick fue consultado. Al igual que Thomson, al principio no vio ninguna perspectiva real de una bomba: la masa crítica sería enorme y la reacción sería demasiado lenta para ir mucho antes de que el uranio se expandiera para detenerla. Habiendo leído a Bohr y a J. A., El análisis de Wheeler, en el que la fisión se atribuía al relativamente raro isótopo uranio 235, le llevó a decidir, a finales de 1939, que las posibilidades no podían ser completamente descartadas y que se necesitaba más información. Usando el ciclotrón de Liverpool, se dispuso a obtener esta información.

siguiendo el memorándum de Otto Frisch y Ronald Peierls (abril de 1940), en el que se estimaba que se podría fabricar una bomba con solo unas pocas libras de uranio puro 235, Chadwick se convirtió en miembro del M. A. U. D., Comité sobre el uso militar del uranio y se encargó de la coordinación de los trabajos científicos pertinentes en las universidades británicas. A finales de año estaba completamente involucrado en este trabajo y convencido de que el desarrollo de una bomba era inevitable. A medida que el trabajo continuó durante los primeros años de la guerra, Chadwick jugó un papel cada vez más importante en las discusiones., Cuando los británicos finalmente decidieron abandonar sus esfuerzos en un proyecto de bomba propio y transferir a sus científicos al proyecto estadounidense, Chadwick fue nombrado asesor técnico de los representantes británicos en el Comité de política combinada, el único científico del grupo británico que tiene acceso completo a toda la información del proyecto. Los británicos habían querido que Wallace Akers, que había estado a cargo de su proyecto, ocupara este puesto, pero los estadounidenses sospechaban de sus conexiones comerciales (fue secundado por Imperial Chemical Industries)., Chadwick tenía el más alto respeto como científico y, un hombre naturalmente discreto, era completamente de confianza. También tenía habilidades diplomáticas excepcionales.

las habilidades de Chadwick como científico y diplomático aseguraron que la colaboración angloamericana procediera bien y, aunque no siempre pudo evitar que los políticos y funcionarios británicos molestaran a los estadounidenses, su sobrio consejo prevaleció lo suficiente para que estos últimos no abandonaran el esfuerzo conjunto. Incluso después de la guerra en Europa terminó. Chadwick insistió en que los británicos pusieran todo su esfuerzo en el proyecto estadounidense., Aunque los británicos salieron de la guerra con menos información de la que les hubiera gustado, lo que tenían, se lo debían sustancialmente a Chadwick.

al final de la guerra, un Agotado Chadwick dejó saber que no estaba interesado en el puesto de director del planificado establecimiento de Investigación de Energía Atómica en Harwell, prefiriendo regresar a la vida universitaria. Sin embargo, continuó desempeñando un importante papel consultivo en el programa británico de energía atómica., Siguiendo una preocupación anterior con la física médica, fue instrumental en el establecimiento del centro Radioquímico en Amersham para la producción de radioisótopos.

Chadwick ganó el Premio Nobel de física en 1935. Fue nombrado caballero en 1945 y hecho compañero de honor en 1970. Chadwick fue elegido miembro de la Royal Society en 1927, fue galardonado con su Hughes (1932) y Copley (1950) medallas, y se desempeñó como vicepresidente en el cerca de 1948-1949 también recibió una amplia gama de otros honores científicos y premios.

BIBLIOGRAFÍA

I. Obras Originales., Una bibliografía de los escritos de Chadwick está en el obituario de Massey y Feather (ver más abajo), su descubrimiento del neutrón fue reportado en «Possible Existence of a Neutron», en Nature, 129 (1932). 312, y «la existencia de un neutrón», en Proceedings of the Royal Society. A136 (1932), 692-708.

una colección sustancial de documentos y correspondencia de Chadwick se encuentra en los archivos del Churchill College, Cambridge, que también tiene una transcripción de una entrevista con Chadwick realizada por C. Weiner en 1969.

II. Literatura SECUNDARIA., La principal fuente publicada de información sobre la vida de Chadwick es Sir Harrie Massey y Norman Feather, «James Chadwick», en Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 22 (1976), 11–70. Los artículos que tratan sobre el descubrimiento del neutrón y otros aspectos de la obra de Chadwick se recogen en John Hendry, ed., Cambridge Physics in the Thirties (Bristol, 1984) que también contiene una extensa bibliografía de Literatura SECUNDARIA relacionada: Véase también Norman Feather. «Chadwick’s Neutron,» in Contemporary Physics. 15 (1974), 565-572, la carrera de Chadwick en tiempos de guerra está documentada en Margaret M., Cowing, Britainand Atomic Energy1939–1945 (Londres y Nueva York. 1964), e Independence and Deterrence (Londres y Nueva York, 1974).

John Hendry