(b. Bollington, vicino Macclesfield, Inghilterra, 20 ottobre 1891; d. Cambridge, Inghilterra, 24 luglio 1974)

fisica.

Chadwick era il figlio di J. J. Chadwick. che aveva un business lavanderia a Manchester, e di Ann Mary Knowles. Dopo aver frequentato la Manchester Municipal Secondary School ha vinto una borsa di studio alla Manchester University, dove ha studiato fisica sotto Ernest 0. Rutherford. Egli è stato assegnato un grado di prima classe nel 1911, poi è stato accettato da Rutherford come studente di ricerca per il M.Sc., In questo momento il dipartimento di fisica a Manchesterera al suo apice, poiché oltre a Rutherford il suo staff includeva Hans Geiger. Ernest Marsden, Charles Galton Darwin, György Hevesy e Henry G. J. Moseley. così come, per un po’, Niels Bohr. Gli atomi di Rutherford e Bohr risalgono entrambi a questo periodo. Nel 1913 Chadwick andò a lavorare con Geiger a Berlino ed era ancora lì quando scoppiò la guerra l’anno successivo. Fu internato fino alla fine della guerra nel 1918.,

L’internamento non impedì a Chadwick di perseguire interessi scientifici—gli fu persino permesso di visitare colleghi scientifici tedeschi—ma i materiali disponibili erano basilari e la letteratura inesistente: la scienza era più un aiuto alla sopravvivenza che altro. Nel 1918 è tornato a Manchester e un lavoro con Rutherford, trasferirsi a Cambridge con lui quando è stato nominato Cavendish Professore nel 1919., Nel 1921 Chadwick è stato eletto per un assegno di ricerca presso Gonville e Caius College, e l’anno seguente fu nominato assistente direttore di ricerca nell’ambito di Rutherford al Cavendish Laboratory, un post finanziato dal ministero della ricerca scientifica e industriale di prendere parte del carico off, Rutherford, Per i prossimi tredici anni Chadwick ha preso giorno-per-giorno di carica di tutte le attività di ricerca in quello che era allora il primo laboratorio sperimentale di fisica atomica e nucleare. Ha anche contribuito in modo significativo a questa ricerca, spesso in collaborazione con altri., A causa dei suoi doveri amministrativi non aveva alcun carico di insegnamento. Nel 1925 sposò Eileen Stewart-Brown; ebbero due figlie gemelle.

Il rapporto di Chadwick con Rutherford sembra essere stato generalmente molto buono, ma nei primi anni 1930 lo sviluppo della fisica nucleare ha portato con sé la prospettiva di una lite. Chadwick credeva che l’acceleratore di particelle ciclotrone inventato da Ernest Lawrence sarebbe rapidamente diventato uno strumento essenziale per la ricerca di fisica nucleare, e voleva uno a Cambridge, Rutherford ha rifiutato di avere uno. Nel 1935, decidendo che era ora di trasferirsi., Chadwick accettò la cattedra di fisica di Lyon Jones all’Università di Liverpool. Nel corso dei prossimi anni ha costruito il dipartimento di fisica, che aveva praticamente cessato di esistere come un centro di ricerca, con un ciclotrone come il suo fulcro.

Quando scoppiò la seconda guerra mondiale nel 1939, Chadwick si trovò di nuovo in Europa, ma questa volta riuscì a tornare in Inghilterra, Per i successivi quattro anni divise la sua attenzione tra l’università e il servizio governativo, con quest’ultimo sempre più predominante., Alla fine del 1943 si trasferì negli Stati Uniti per occuparsi della parte britannica del progetto della bomba atomica. Chadwick tornò a Liverpool nel 1946 e riprese il lavoro di costruzione del dipartimento di fisica, Nel 1948 gli fu offerto il mastership del Gonville and Caius College, Cambridge, che decise di accettare. Egli sembra aver sentito che il suo debito verso il college, che era stato molto gentile con lui quando è arrivato a Cambridge, superato la sua preferenza per rimanere attivi in fisica. La decisione potrebbe non essere stata una saggia, tuttavia, per la politica del college ha portato alle sue dimissioni nel 1958., Si ritirò nel Galles del Nord, ma tornò a Cambridge nel 1969 per essere vicino alle sue figlie.

Le prime ricerche di Chadwick, affidategli da Rutherford, riguardarono l’assorbimento dei raggi gamma; prima con il suo uso come test di precisione degli standard radio e poi con le applicazioni del metodo ideato per la standardizzazione. Ha studiato l’eccitazione dei raggi gamma da parte dei raggi beta (elettroni) e poi dai raggi alfa (nuclei di elio), questi ultimi in collaborazione con il radiochimico A. S. Russell. In entrambi i casi l’eccitazione è stata confermata., A Berlino con Geiger, Chadwick si propose di determinare per osservazione diretta, usando un contatore di punti Geiger primitivo, le intensità relative delle linee discrete osservate da Rutherford e Robinson negli spettri radioattivi di betaray. Sebbene sia stato in grado di identificare alcune delle linee più intense osservate, ha anche trovato uno spettro continuo accanto a quello discreto. Ha provato a cambiare l’apparato di rilevamento, ma questo ha semplicemente confermato la conclusione., Theresult è venuto come una sorpresa completa e non poteva facilmente essere spiegato teoricamente, ma era una chiara indicazione di abilità sperimentale di Chadwick. Entrambi gli spettri e la relazione tra loro divennero un problema importante nella fisica atomica e nucleare.

Dopo essersi trasferito con Rutherford a Cambridge, Chadwick riprese le ricerche iniziate prima della guerra. Lavorò, come prima, sotto la direzione di Rutherford, fornendo efficacemente le proprie soluzioni ai problemi del maestro., Uno dei suoi primi incarichi fu quello di utilizzare la determinazione delle probabilità di scattering dei raggi alfa per confermare l’ipotesi di van den Broek che la carica nucleare di un atomo sul modello di Rutherford-Bohr fosse la stessa del numero atomico chimico. Impiegando una disposizione di scattering assialmente simmetrica e una disposizione ottica molto migliorata per il conteggio delle scintillazioni di particelle alfa deviate, Chadwick confermò l’ipotesi per il platino con una precisione entro l ‘ 1% e per l’argento e il rame con una precisione leggermente inferiore. Nel 1921, lavorando con E. S., Bieler, ha applicato la stessa disposizione sperimentale per lo studio della dispersione di particelle alfa da idrogeno in fogli di cera di paraffina. Usando il gas idrogeno, Rutherford aveva già notato discrepanze tra teoria ed esperimento; l’analisi più sofisticata di Chadwick e Bieler lo confermò, portandoli a proporre un modello asimmetrico della particella alfa. La stessa configurazione sperimentale è stata utilizzata da Chadwick e P. H. Mercier per un’analisi dello scattering dei raggi beta.

Chadwick collaborò anche durante questo periodo con C. D., Ellis, che aveva incontrato nel campo di internamento in Germania, su una continuazione dell’analisi degli spettri beta radioattivi e con K. G. Emeléus sull’analisi della camera di nube delle collisioni alfa-particelle. La sua ricerca principale in tutto il 1920, tuttavia, è stato in diretta collaborazione con Rutherford., Seguendo la scoperta di Rutherford della trasmutazione artificiale dei nuclei sotto bombardamento a raggi alfa (la chiamarono disintegrazione artificiale, pensando erroneamente che le particelle alfa non fossero assorbite), dimostrarono trasmutazioni in una serie di elementi oltre all’azoto dell’esperimento originale. Chadwick ed Ellis hanno studiato le proprietà delle particelle di disintegrazione, confermando che erano protoni., Dopo aver dimostrato l’esistenza di particelle di disintegrazione che si muovono in direzioni diverse, hanno usato questo per eliminare gli effetti della contaminazione da idrogeno (che ha dato protoni spuri) e quindi dimostrato trasmutazioni in ancora più elementi. Quando i lavoratori a Vienna ha affermato di aver trovato trasmutazioni di elementi per i quali Rutherford e Chadwick aveva trovato alcun effetto, tra cui carbonio e ossigeno, abilità sperimentale di Chadwick è stato chiamato su. con successo, per sostenere la visione di Cambridge., Un altro lavoro con Rutherford in questo periodo, su particelle alfa emesse radioattivamente di insolitamente lungo raggio, è stato fatto anche in vista del gruppo di Vienna, che aveva riferito che le particelle non esistevano.

Nella seconda metà del 1920 Rutherford e Chadwick si rivolse al problema della struttura nucleare sollevato dai precedenti esperimenti sulla dispersione di particelle alfa da idrogeno. Nel 1925 hanno prima guardato scattering da una serie di altri elementi; magnesio, alluminio, oro, e uranio., Si sono poi rivolti allo scattering dell’elio, in cui le particelle sparse e scattering erano identiche (le particelle alfa sono nuclei di elio), in modo che ci fosse solo una struttura nucleare da affrontare. Ancora una volta hanno concluso che sarebbe necessaria una certa asimmetria nella struttura., Stavano assumendo, tuttavia, che thescattering previsto dalla meccanica quantistica in questo caso era lo stesso di quello previsto dalla meccanica classica, nel 1928 Nevill Mott ha dimostrato che questo non era vero per particelle identiche, nel 1930, Chadwick ha mostrato che i risultati di elio dispersione potrebbe infatti essere interpretato dalla meccanica quantistica, senza alcun bisogno di asimmetrie.,

A parte il suo lavoro sugli spettri beta usando contatori di punti Geiger e la sua incursione nelle tecniche della camera a nubi, tutte le ricerche pubblicate da Chadwick negli anni ‘ 20 erano basate sul conteggio delle scintillazioni (l’osservazione ottica delle scintillazioni prodotte quando un protone o una particella alfa colpisce uno schermo di solfuro di zinco). Questa tecnica aveva i suoi limiti, tuttavia, ed entro la fine del decennio tecniche elettriche in grado di superarla stavano entrando in uso., Nel 1928 Geiger e Walther Müller migliorarono il precedente contatore di punti di Geiger per realizzare quello che è generalmente noto come contatore Geiger, un rivelatore molto sensibile di raggi beta e gamma. Il contatore era piuttosto inaffidabile, in quanto era soggetto a conteggi spuri sulla scia di quelli genuini; ma poteva essere utilizzato in modo affidabile per il conteggio delle coincidenze. Chadwick ha risposto alla nuova invenzione costruendo rapidamente alcuni per l’uso nel laboratorio Cavendish., Nel frattempo, HL Greinacher in Hern era riuscito a rilevare singole particelle alfa e protoni amplificando linearmente le correnti di ionizzazione prodotte dalle particelle in una piccola camera di ionizzazione.

Nel 1928 Walther Bothe e Johannes Fränz a Berlino avevano applicato la nuova tecnica allo studio della trasmutazione del boro, utilizzando una fonte di polonio di raggi alfa al posto del tradizionale deposito attivo di radio., L’esperienza di Rutherford era sempre stata che i raggi alfa del polonio non producevano trasmutazioni; ma poiché la nuova tecnica di conteggio era sensibile alla radiazione gamma di fondo, l’uso di depositi attivi di radio, con uscite di gammaray molto elevate, era escluso. Il lavoro di Bothe e Fräz mostrò che i raggi alfa del polonio producevano effettivamente trasmutazioni nonostante le loro energie molto basse, un fenomeno che fu presto spiegato dalla nuova meccanica quantistica.

Sotto la direzione di Chadwick la nuova tecnica di conteggio fu rapidamente ripresa e sviluppata da C. E. Wynn-Williams e altri al Cavendish., Nel 1930 Chadwick, J. L. R. Constable, e E. C. Pollard utilizzato l’amplificazione lineare elettrica di correnti di ionizzazione e. per la prima volta, una fonte di polonio per studiare la relazione tra le energie dei raggi alfa incidente e protoni emessi nelle trasmutazioni nucleari. Un anno dopo Chadwick e Constable, con una sorgente di polonio migliorata e una camera di ionizzazione migliorata, furono in grado di fornire un’analisi quantitativa dettagliata delle trasmutazioni atomiche.

Nel frattempo, stava aumentando l’interesse per la produzione di radiazioni gamma sotto il bombardamento di particelle alfa., I raggi gamma erano noti per essere emessi insieme ai raggi alfa radioattivi. Guardando gli spettri energetici dei raggi alfa, George Gamow suggerì nel 1931) che quando una particella alfa veniva emessa da una sorgente radioattiva con meno della massima energia possibile, un quantum di raggi gamma sarebbe stato successivamente emesso per ripristinare l’equilibrio energetico. Era diventato sempre più evidente negli esperimenti di Cavendish e altrove che i protoni emessi dalle trasmutazioni nucleari non erano tutti della stessa energia, ed era quindi naturale cercare raggi gamma anche in quel contesto.,

Nel 1930 Bothe e H. Becker rilevarono radiazioni penetranti, che si presume siano raggi gamma, emesse quando gli elementi luminosi venivano bombardati con raggi alfa di polonio. Hanno anche notato un effetto sorprendente per il berillio: l’intensità della radiazione penetrante da questo elemento era quasi dieci volte quella per qualsiasi altro elemento, e la radiazione era eccezionalmente penetrante, Subito dopo, H. C. Webster, lavorando sotto la direzione di Chad wick sullo stesso soggetto, ha osservato un fenomeno simile., Nel giugno del 1931 Chadwick e Webster considerarono la possibilità che la radiazione penetrante estrema proveniente dal berillio potesse non essere raggi gamma, come era generalmente ipotizzato, ma neutroni.

La possibile esistenza di un neutrone, previsto come uno stato legato di protone ed elettrone, era stata suggerita da Rutherford nel 1920, e nel corso degli anni successivi c’era stato un certo numero di tentativi fatti nel Cavendish per rilevare tali particelle., Chadwick stesso aveva cercato prove di neutroni nell’idrogeno nel 1923 e di nuovo, con i nuovi contatori Geiger, nel 1928, e durante tutto il lavoro sulle trasmutazioni nucleari era stata tenuta presente la possibilità di emissioni di neutroni. Berillio, in particolare, è stato visto come una promettente fonte di neutroni, perché non emettono protoni sotto alpha-ray bombardamento e, attraverso un falso argomento, perché naturalmente beryl era noto per contenere una grande quantità di elio: questo ha suggerito che sotto di radiazione cosmica, il nucleo di berillio può dividere in due nuclei di elio e un neutrone., Chadwick aveva cercato neutroni dal berillio per un certo numero di anni, e la sua interpretazione dell’osservazione di Webster era naturale. L’energia delle particelle estremamente penetranti era correlata alla loro direzione in un modo che suggeriva che potessero essere particelle materiali piuttosto che raggi gamma, e il loro potere penetrante suggeriva che se questo fosse il caso, dovevano essere scaricate. I tentativi di osservare il loro passaggio attraverso una camera di ionizzazione fallirono, tuttavia, e il problema fu messo da parte.,

All’inizio del 1932 Irène Joliot-Curie e Frédéric Joliot a Parigi riferirono che la radiazione proveniente dal berillio era ancora più penetrante di quanto si pensasse. Hanno ancora assunto che si trattasse di radiazioni gamma; ma quando Chadwick lesse il rapporto, vide, come Rutherford, che l’aritmetica energetica delle collisioni che la producevano non si sommava., Ormai Chadwick era convinto che la radiazione deve essere qualcosa di nuovo e potrebbe essere neutroni, Usando la camera di ionizzazione e amplificatore lineare dei suoi recenti indagini, insieme con una nuova e migliorata polonio origine, ha studiato gli effetti delle collisioni tra i raggi penetranti e una serie di varie sostanze, che misura le energie del rinculo atomi in ogni caso., Egli mostrò rapidamente che i risultati concordavano completamente con la teoria che la radiazione penetrante era composta da particelle neutre di circa la massa del protone, e richiedeva ipotesi non plausibili se dovevano essere raggi gamma. Un breve documento che annunciava la scoperta del neutrone fu presentato nel febbraio 1932. Documenti dettagliati di Chadwick, di Norman Feather e di Philip Dee, che hanno utilizzato tecniche di camera a nubi per analizzare ulteriormente le proprietà dei neutroni, seguiti a maggio.,

Nel 1933 Chadwick lavorò con Patrick Blackett e Giuseppe Occhialini, che avevano appena dimostrato l’esistenza del positrone. L’idea era che i positroni potessero essere prodotti nelle interazioni neutroniche, ma è emerso che gli effetti osservati erano in questo caso dovuti ai raggi gamma. Il team si è poi concentrato sull’analisi quantitativa della produzione di raggi gamma di positroni. Con D. Lea. Chadwick condusse anche una ricerca del neutrino postulato da Wolfgang Pauli per spiegare gli spettri continui dei raggi beta dimostrati per la prima volta da Chadwick., Incapaci di rilevare particelle, hanno dimostrato, usando una camera di ionizzazione ad altissima pressione, che se il neutrino esistesse, non potrebbe produrre più di una ionizzazione in 150 chilometri di aria a pressione normale.

L’ultimo lavoro importante di Chadwick prima di lasciare Cambridge per Liverpool fu con Maurice Goldhaber, che lo raggiunse come assistente personale nel 1934. Seguendo un suggerimento di Goldhaber, hanno dimostrato l’effetto fotoelettrico nucleare sotto forma di disintegrazione del deuterio sotto illuminazione di gammaray., Questo lavoro ha anche portato alla prima cifra accurata della massa del neutrone e alla speculazione sul significato dei neutroni lenti. Non fu pubblicato, tuttavia, e pochi mesi dopo Enrico Fermi osservò e realizzò il significato dello stesso fenomeno. Dopo il lavoro di Fermi, Chadwick e Goldhaber hanno studiato le trasmutazioni indotte da neutroni lenti di litio, boro e azoto. Dopo essersi trasferito a Liverpool nel 1935, Chadwick fece alcuni ulteriori lavori sulla fotodisintegrazione del deuterio con N. heather e F., Bretscher, anche se ha concentrato la sua attenzione sulla costruzione di un ciclotrone e la costruzione del dipartimento di fisica lì. Per quanto riguarda le pubblicazioni scientifiche, la sua carriera era effettivamente finita. Aveva ancora un importante contributo da dare come scienziato, tuttavia, e che era al programma di energia atomica in tempo di guerra.

La prima risposta di Chadwick alla scoperta della fissione fu quella di rimproverarsi di non averlo fatto prima; aveva studiato l’uranio sotto un lento bombardamento di neutroni con Goldhaber., ma nel filtrare i rilasci di particelle alfa avevano anche filtrato eventuali prodotti di fissione che potrebbero essere stati presenti. Chad wick all’inizio non rispose alla fissione con alcun suo lavoro sperimentale; ma una volta che G. P. Thomson, che rispose in questo modo, aveva avvisato le autorità della possibilità di una bomba a fissione, Chad wick fu consultato. Come Thomson, egli in un primo momento non ha visto alcuna prospettiva reale di una bomba— la massa critica sarebbe enorme, e la reazione sarebbe troppo lento per andare molto prima che l’uranio espanso per fermarlo. Il suo aver letto Bohr e J. A., L’analisi di Wheeler, in cui la fissione era attribuita all’isotopo relativamente raro uranio 235, lo portò a decidere, alla fine del 1939, che le possibilità non potevano essere completamente scartate e che erano necessarie ulteriori informazioni. Utilizzando il ciclotrone di Liverpool, ha deciso di ottenere queste informazioni.

In seguito al memorandum di Otto Frisch e Ronald Peierls (aprile 1940), in cui si stimava che una bomba potesse essere prodotta con poche libbre di uranio puro 235, Chadwick fu nominato membro del M. A. U. D., Commissione per l’uso militare di uranio e ha assunto il coordinamento dei lavori scientifici pertinenti presso le università britanniche. Entro la fine dell’anno fu completamente coinvolto in questo lavoro e convinto che lo sviluppo di una bomba fosse inevitabile. Mentre il lavoro continuava nei primi anni della guerra, Chadwick giocò un ruolo sempre più importante nelle discussioni., Quando gli inglesi decisero finalmente di abbandonare gli sforzi per un loro progetto di bomba e trasferire i loro scienziati al progetto americano, Chadwick fu nominato consulente tecnico dei rappresentanti britannici nel Comitato di politica combinata—l’unico scienziato del gruppo britannico ad avere pieno accesso a tutte le informazioni sul progetto. Gli inglesi volevano che Wallace Akers, che era stato responsabile del loro progetto, ricoprisse questo incarico, ma gli americani erano sospettosi delle sue connessioni commerciali (fu distaccato dall’Imperial Chemical Industries)., Chadwick comandava il massimo rispetto come scienziato e, un uomo naturalmente discreto, era completamente fidato. Aveva anche eccezionali capacità diplomatiche.

Le capacità di Chadwick come scienziato e diplomatico assicurarono che la collaborazione anglo-americana procedesse bene E sebbene non potesse sempre impedire ai politici britannici e ai funzionari pubblici di turbare gli americani, il suo sobrio consiglio prevalse sufficientemente affinché questi ultimi non rinunciassero allo sforzo congiunto. Anche dopo la fine della guerra in Europa. Chadwick ha insistito sul fatto che gli inglesi hanno messo tutti i loro sforzi nel progetto americano., Sebbene gli inglesi uscissero dalla guerra con meno informazioni di quelle che avrebbero voluto, ciò che avevano, dovevano sostanzialmente a Chadwick.

Alla fine della guerra un esausto Chadwick fece sapere che non era interessato al posto di direttore del previsto Istituto di ricerca sull’energia atomica di Harwell, preferendo tornare alla vita universitaria. Ha continuato, tuttavia, a svolgere un importante ruolo consultivo nel programma britannico per l’energia atomica., A seguito di una precedente preoccupazione con la fisica medica, è stato determinante nella creazione del Centro radiochimico a Amersham per la produzione di radioisotopi.

Chadwick vinse il Premio Nobel per la fisica nel 1935. È stato nominato cavaliere nel 1945 e ha fatto un compagno d’onore nel 1970. Chadwick è stato eletto membro della Royal Society nel 1927, è stato assegnato il suo Hughes (1932) e Copley (1950) medaglie, e servito come vice presidente nel prossimo 1948-1949 Ha anche ricevuto una vasta gamma di altri riconoscimenti scientifici e premi.

BIBLIOGRAFIA

I. Opere originali., Una bibliografia degli scritti di Chadwick è nel necrologio di Massey e Feather( vedi sotto), La sua scoperta del neutrone è stata riportata in “Possible Existence of a Neutron”, in Nature, 129 (1932). 312, e” L’esistenza di un neutrone, ” in Proceedings of the Royal Society. A136 (1932), 692-708.

Una consistente raccolta di documenti e corrispondenza di Chadwick si trova negli archivi del Churchill College di Cambridge, che ha anche una trascrizione di un’intervista con Chadwick condotta da C. Weiner nel 1969.

II. Letteratura secondaria., La principale fonte di informazioni pubblicate sulla vita di Chadwick è Sir Harrie Massey e Norman Feather, “James Chadwick”, in Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 22 (1976), 11–70. Articoli riguardanti la scoperta del neutrone e altri aspetti del lavoro di Chadwick sono raccolti in John Hendry, ed., Cambridge Physics in the Thirty (Bristol, 1984) che contiene anche una vasta bibliografia della letteratura secondaria correlata: vedi anche Norman Feather. “Il neutrone di Chadwick”, in Fisica contemporanea. 15 (1974), 565-572, la carriera di Chadwick in tempo di guerra è documentata in Margaret M., Cowing, Britainand Atomic Energy1939–1945 (Londra e New York. 1964), e Independence and Deterrence (Londra e New York, 1974).

John Hendry