(Bollington, near Macclesfield, England, 20 oktober 1891; Cambridge, Engeland, 24 juli 1974)

fysica. Chadwick was de zoon van J. J. Chadwick. die een wasserij had in Manchester, en van Ann Mary Knowles. Na het bijwonen van de Manchester Municipal Secondary School won hij een beurs aan Manchester University, waar hij studeerde natuurkunde onder Ernest 0. Rutherford. Hij werd bekroond met een eerste klas graad in 1911, vervolgens werd aanvaard door Rutherford als een onderzoeksstudent voor de M.Sc., Op dit moment was het departement van natuurkunde in Manchester op zijn hoogtepunt, want naast Rutherford was zijn staf Hans Geiger. Ernest Marsden, Charles Galton Darwin, György Hevesy en Henry G. J. Moseley. evenals, voor een tijdje, Niels Bohr. De atomen Rutherford en Bohr dateren beide uit deze periode. In 1913 ging Chadwick werken bij Geiger in Berlijn en was er nog steeds toen de oorlog uitbrak het volgende jaar. Hij werd geïnterneerd tot het einde van de oorlog in 1918.,internering weerhield Chadwick niet van het nastreven van wetenschappelijke belangen—hij mocht zelfs Duitse wetenschappelijke collega ‘ s bezoeken—maar de beschikbare materialen waren fundamenteel en de literatuur bestond niet: de wetenschap was meer een hulpmiddel voor het overleven dan iets anders. In 1918 keerde hij terug naar Manchester en ging werken bij Rutherford en verhuisde met hem naar Cambridge toen hij in 1919 werd benoemd tot Cavendish Professor., In 1921 werd Chadwick gekozen voor een research fellowship aan het Gonville and Caius College, en het volgende jaar werd hij benoemd tot assistent-directeur van onderzoek onder Rutherford aan het Cavendish Laboratory, een post gefinancierd door het department of scientific and industrial research om een deel van de last van Rutherford te nemen, voor de volgende dertien jaar Chadwick nam de dagelijkse leiding van al het onderzoek aan wat toen het toonaangevende laboratorium in de experimentele atomaire en kernfysica was. Hij heeft ook een belangrijke bijdrage geleverd aan dit onderzoek, vaak in samenwerking met anderen., Vanwege zijn administratieve taken had hij geen leerplicht. In 1925 trouwde hij met Eileen Stewart-Brown.Chadwick ‘ s relatie met Rutherford lijkt over het algemeen zeer goed te zijn geweest, maar in de vroege jaren 1930 bracht de ontwikkeling van de kernfysica het vooruitzicht op een ruzie met zich mee. Chadwick geloofde dat de cyclotron deeltjesversneller uitgevonden door Ernest Lawrence snel een essentieel instrument zou worden voor kernfysisch onderzoek, en hij wilde er een in Cambridge, Rutherford weigerde er een te hebben. In 1935 besloot hij dat het tijd was om te verhuizen., Chadwick accepteerde de Lyon Jones leerstoel natuurkunde aan de Universiteit van Liverpool. In de daaropvolgende jaren bouwde hij de natuurkunde-afdeling op, die vrijwel niet meer bestond als onderzoekscentrum, met een cyclotron als middelpunt.toen de Tweede Wereldoorlog uitbrak in 1939, bevond Chadwick zich weer in Europa, maar deze keer kon hij terugkeren naar Engeland, voor de volgende vier jaar verdeelde hij zijn aandacht tussen de universiteit en de overheid, met de laatste steeds meer overheersende., Eind 1943 verhuisde hij naar de Verenigde Staten om het Britse deel van het atoombomproject over te nemen. Chadwick keerde terug naar Liverpool in 1946 en hervatte het werk van de opbouw van de physics department, in 1948 kreeg hij het mastership van Gonville en Caius College, Cambridge aangeboden, die hij besloot te accepteren. Hij lijkt te hebben gevoeld dat zijn schuld aan het college, die zeer vriendelijk voor hem was geweest toen hij voor het eerst in Cambridge aankwam, groter was dan zijn voorkeur om actief te blijven in de natuurkunde. De beslissing is misschien niet een wijs, echter, voor college politiek leidde tot zijn ontslag in 1958., Hij trok zich terug in Noord-Wales, maar keerde in 1969 terug naar Cambridge om bij zijn dochters te zijn.het vroege onderzoek van Chadwick, dat hem door Rutherford werd opgedragen, had betrekking op de absorptie van gammastralen; eerst op het gebruik ervan als precisietest van radiumstandaarden en vervolgens op de toepassing van de methode die voor standaardisatie werd ontworpen. Hij onderzocht de excitatie van gammastralen door bètastralen (elektronen) en vervolgens door alfastralen (heliumkernen), dit laatste in samenwerking met de radiochemist A. S. Russell. In beide gevallen werd de excitatie bevestigd., In Berlijn met Geiger ging Chadwick met behulp van een primitieve geigerteller de relatieve intensiteit bepalen van de discrete lijnen die Rutherford en Robinson waargenomen hebben in radioactieve betaray spectra. Hoewel hij in staat was om een paar van de meest intense van de waargenomen lijnen te identificeren, vond hij ook een continu spectrum naast de discrete. Hij probeerde het detectieapparaat te veranderen, maar dit bevestigde alleen de conclusie., Het resultaat kwam als een complete verrassing en kon niet gemakkelijk theoretisch worden verklaard, maar het was een duidelijke indicatie van Chadwick ‘ s experimentele vaardigheid. Beide spectra, en de relatie tussen hen, werden een belangrijk probleem in de atomaire en kernfysica.nadat hij met Rutherford naar Cambridge was verhuisd, hervatte Chadwick het onderzoek dat Voor de oorlog was begonnen. Hij werkte, zoals voorheen, onder Rutherford ‘ s leiding, effectief leveren van zijn eigen oplossingen voor de problemen van de meester., Een van zijn eerste opdrachten was om de bepaling van alpha-ray verstrooiing waarschijnlijkheid te gebruiken om van den Broek ‘ s hypothese te bevestigen dat de nucleaire lading van een atoom op het Rutherford-Bohr model hetzelfde was als het chemische atoomnummer. Gebruikmakend van een axiaal symmetrische verstrooiingsregeling en een veel verbeterde optische regeling voor het tellen van afgebogen alfa-deeltjes scintillaties, bevestigde Chadwick de hypothese voor platina met een nauwkeurigheid binnen 1 procent en voor zilver en koper met iets minder nauwkeurigheid. In 1921 werkte hij samen met E. S., Bieler paste dezelfde experimentele regeling toe op de studie van de verstrooiing van alfadeeltjes door waterstof in bladen paraffine. Met behulp van waterstofgas had Rutherford al discrepanties tussen theorie en experiment opgemerkt; de meer geavanceerde analyse van Chadwick en Bieler bevestigde dit, waardoor ze een asymmetrisch model van het Alfa-deeltje voorstelden. Dezelfde experimentele opstelling werd gebruikt door Chadwick en P. H. Mercier voor een analyse van beta-ray verstrooiing.

Chadwick werkte in deze periode ook samen met C. D., Ellis, die hij had ontmoet in het interneringskamp in Duitsland, over een voortzetting van de analyse van radioactieve bètaspectra en met K. G. Emeléus over de wolkenkamer analyse van Alfa-deeltjesbotsingen. Zijn belangrijkste onderzoek in de jaren 1920 was echter in directe samenwerking met Rutherford., Na Rutherford ‘ s ontdekking van de kunstmatige transmutatie van kernen onder Alfa-straal bombardement (ze noemden het kunstmatige desintegratie, denken ten onrechte dat de alfa-deeltjes niet werden geabsorbeerd), demonstreerden ze transmutaties in een reeks elementen naast de stikstof van het oorspronkelijke experiment. Chadwick en Ellis onderzochten de eigenschappen van de desintegratiedeeltjes en bevestigden dat het protonen waren., Na het aantonen van het bestaan van desintegratiedeeltjes die zich in verschillende richtingen bewegen, gebruikten ze dit om de effecten van waterstofcontaminatie (die valse protonen gaf) te elimineren en zo transmutaties in nog meer elementen aan te tonen. Toen arbeiders in Wenen beweerden transmutaties te hebben gevonden van elementen waarvoor Rutherford en Chadwick geen effect hadden gevonden, waaronder koolstof en zuurstof, werd Chadwick ‘ s experimentele vaardigheid ingezet. heel succesvol, om de Cambridge visie te handhaven., Ander werk met Rutherford in deze periode, over radioactief uitgestoten alfadeeltjes van ongewoon lange afstand, werd ook gedaan met het oog op de Weense groep, die had gemeld dat de deeltjes niet bestonden.in de tweede helft van de jaren 1920 richtten Rutherford en Chadwick zich op het probleem van de nucleaire structuur dat werd opgeworpen door de eerdere experimenten met alfa-deeltjesverstrooiing door waterstof. In 1925 werd voor het eerst gekeken naar verstrooiing door een reeks andere elementen; magnesium, aluminium, goud en uranium., Ze wendden zich vervolgens tot heliumverstrooiing, waarbij verspreide en verstrooiende deeltjes identiek waren (alfa-deeltjes zijn heliumkernen), zodat er slechts één kernstructuur was om mee te kampen. Opnieuw kwamen zij tot de conclusie dat enige asymmetrie in de structuur nodig zou zijn., In 1928 toonde Nevill Mott aan dat dit niet het geval was voor identieke deeltjes, en in 1930 toonde Chadwick aan dat de resultaten van heliumverstrooiing in feite door de kwantummechanica konden worden geïnterpreteerd zonder dat er asymmetrieën nodig waren.,afgezien van zijn werk aan bètaspectra met behulp van geigertellers en zijn one foray in cloudkamertechnieken, was al het gepubliceerde onderzoek van Chadwick in de jaren ‘ 20 gebaseerd op scintillatietelling (de optische observatie van de scintillaties die worden geproduceerd wanneer een proton of Alfa-deeltje een scherm van zinksulfide raakt). Deze techniek had echter zijn beperkingen en tegen het einde van het decennium kwamen elektrische technieken in gebruik die het konden overtreffen., In 1928 verbeterden Geiger en Walther Müller de vroegere puntenteller van Geiger om wat algemeen bekend staat als een geigerteller, een zeer gevoelige detector van bèta-en gammastraling te maken. De teller was nogal onbetrouwbaar, in die zin dat het onderworpen was aan valse tellingen in het kielzog van echte tellingen; maar het kon betrouwbaar worden gebruikt voor het tellen van toevalligheden. Chadwick reageerde op de nieuwe uitvinding door snel een aantal te bouwen voor gebruik in het Cavendish Laboratorium., Ondertussen was HL Greinacher in Hern erin geslaagd individuele alfadeeltjes en protonen te detecteren door lineair de ionisatiestromen te versterken die door de deeltjes in een kleine ionisatiekamer worden geproduceerd.in 1928 hadden Walther Bothe en Johannes Fränz in Berlijn de nieuwe techniek toegepast op de studie van de transmutatie van boor, waarbij gebruik werd gemaakt van een polonium bron van alfastralen in plaats van de traditionele radium actieve afzetting., Rutherford ‘ s ervaring was altijd geweest dat polonium alfastralen geen transmutaties produceerden; maar omdat de nieuwe teltechniek gevoelig was voor achtergrondgammastraling, werd het gebruik van radium actieve afzettingen, met zeer hoge gammaray-uitgangen, uitgesloten. Bothe en Fräz ‘ werk toonde aan dat polonium alfastralen inderdaad transmutaties produceerden ondanks hun zeer lage energieën, een fenomeen dat al snel werd verklaard door de nieuwe kwantummechanica.onder Chadwick ‘ s leiding werd de nieuwe teltechniek snel overgenomen en ontwikkeld door C. E. Wynn-Williams en anderen in the Cavendish., In 1930 gebruikten Chadwick, J. L. R. Constable, en E. C. Pollard de elektrische lineaire versterking van ionisatiestromen en. voor het eerst een polonium bron om de relatie te bestuderen tussen de energieën van de invallende alfastralen en uitgezonden protonen in nucleaire transmutaties. Een jaar later konden Chadwick en Constable, met een verbeterde polonium bron en een verbeterde ionisatie kamer, een gedetailleerde kwantitatieve analyse van atomaire transmutaties geven.

ondertussen was de belangstelling voor de productie van gammastraling onder Alfa-deeltjesbombardement toegenomen., Gammastralen werden samen met de radioactieve alfastralen uitgezonden. Kijkend naar de energiespectra van de alfastralen, suggereerde George Gamow in 1931) dat wanneer een alfadeeltje werd uitgestraald uit een radioactieve bron met minder dan de maximaal mogelijke energie, een gammastraal kwantum zou worden uitgezonden om de energiebalans te herstellen. In de experimenten met Cavendish en elders werd steeds duidelijker dat de protonen die door nucleaire transmutaties werden uitgezonden niet allemaal dezelfde energie waren, en het was daarom natuurlijk om ook in die context naar gammastralen te zoeken.,in 1930 detecteerden Bothe en H. Becker penetrerende straling, aangenomen dat het gammastralen waren, die werden uitgezonden toen lichtelementen werden gebombardeerd met polonium-alfastralen. Zij merkten ook een verrassend effect op voor beryllium: de intensiteit van de penetrerende straling van dit element was bijna tien keer zo groot als voor enig ander element, en de straling was uitzonderlijk penetrerend, kort daarna, merkte H. C. Webster, werkend onder leiding van Chad wick over hetzelfde onderwerp, een soortgelijk fenomeen op., In juni 1931 beschouwden Chadwick en Webster de mogelijkheid dat de extreme penetrerende straling van beryllium geen gammastraling zou kunnen zijn, zoals algemeen werd aangenomen, maar neutronen.het mogelijke bestaan van een neutron, voorzien als een gebonden toestand van proton en elektron, werd in 1920 door Rutherford gesuggereerd, en in de tussenliggende jaren waren er een aantal pogingen gedaan in de Cavendish om dergelijke deeltjes te detecteren., Chadwick zelf had gezocht naar bewijs van neutronen in waterstof in 1923 en opnieuw, met de nieuwe geigertellers, in 1928, en gedurende al het werk aan nucleaire transmutaties was de mogelijkheid van neutronenemissies in gedachten gehouden. Beryllium in het bijzonder werd gezien als een veelbelovende bron van neutronen, omdat het geen protonen uitzendt onder Alfa-straalbombardement en, door een vals argument, omdat van natuurlijk voorkomende beryl veel helium bevatte: dit suggereerde dat onder kosmische straling de berylliumkern zou kunnen splitsen in twee heliumkernen en een neutron., Chadwick had een aantal jaren gezocht naar neutronen van beryllium aan en uit, en zijn interpretatie van Webster ‘ s observatie was een natuurlijke. De energie van de extreem doordringende deeltjes was gerelateerd aan hun richting op een manier die suggereerde dat ze misschien materiële deeltjes in plaats van gammastralen, en hun doordringende kracht suggereerde dat als dit het geval was, ze moeten worden ontladen. Pogingen om hun doorgang door een ionisatiekamer te observeren mislukten echter en het probleem werd terzijde geschoven.,begin 1932 rapporteerden Irène Joliot-Curie en Frédéric Joliot in Parijs dat de straling van beryllium nog indringender was dan gedacht. Zij veronderstelden nog steeds dat het gammastraling was; maar toen Chadwick het rapport las, zag hij, evenals Rutherford, dat de energierekening van de botsingen, die het voortbrachten, niet klopte., Inmiddels was Chadwick ervan overtuigd dat de straling iets nieuws moest zijn en neutronen zou kunnen zijn, gebruik makend van de ionisatiekamer en lineaire versterker van zijn recente onderzoeken, samen met een nieuwe en verbeterde polonium bron, onderzocht hij de effecten van botsingen tussen de penetrerende stralen en een reeks van verschillende stoffen, waarbij hij de energieën van de terugslag atomen in elk geval meet., Hij toonde al snel aan dat de resultaten volledig overeenkwamen met de theorie dat de penetrerende straling bestond uit neutrale deeltjes van ongeveer de massa van het proton, en dat er onwaarschijnlijke veronderstellingen nodig waren als ze gammastralen zouden zijn. Een kort artikel waarin de ontdekking van het neutron werd aangekondigd, werd in februari 1932 ingediend. Gedetailleerde artikelen van Chadwick, Norman Feather en Philip Dee, die wolkkamertechnieken gebruikten om de eigenschappen van neutronen verder te analyseren, volgden in Mei.,in 1933 werkte Chadwick samen met Patrick Blackett en Giuseppe Occhialini, die net het bestaan van het positron hadden aangetoond. Het idee was dat positronen in neutroneninteractie zouden kunnen worden geproduceerd, maar het bleek dat de waargenomen gevolgen in dit geval aan gammastraling toe te schrijven waren. Het team concentreerde zich vervolgens op de kwantitatieve analyse van de gammastraling productie van positronen. Met D. Lea. Chadwick onderzocht ook het door Wolfgang Pauli gepostuleerde neutrino om rekening te houden met de continue spectra van bètastralen die Chadwick voor het eerst demonstreerde., Omdat ze geen deeltjes konden detecteren, toonden ze aan, met behulp van een zeer hoge druk ionisatiekamer, dat als het neutrino bestond, het niet meer dan één ionisatie kon produceren in 150 kilometer lucht bij normale druk.Chadwicks laatste grote werk voordat hij Cambridge verliet naar Liverpool was met Maurice Goldhaber, die hem in 1934 vervoegde als Persoonlijke Assistent. Naar aanleiding van een suggestie van Goldhaber, demonstreerden ze het nucleaire foto-elektrische effect in de vorm van het uiteenvallen van deuterium onder gammaray verlichting., Dit werk leidde ook tot het eerste nauwkeurige cijfer van de massa van het neutron, en tot speculatie over de Betekenis van langzame neutronen. Het werd echter niet gepubliceerd en een paar maanden later observeerde en realiseerde Enrico Fermi de Betekenis van hetzelfde fenomeen. Na Fermi ‘ s werk onderzochten Chadwick en Goldhaber langzaam-neutronengeïnduceerde transmutaties van lithium, borium en stikstof. Na de verhuizing naar Liverpool in 1935, Chadwick deed wat verder werk aan de fotodisintegratie van deuterium met N. heather en F., Bretscher, hoewel hij zijn aandacht concentreerde op de bouw van een cyclotron en de opbouw van de natuurkunde afdeling daar. Wat de wetenschappelijke publicaties betreft, was zijn carrière in feite voorbij. Hij had echter nog een belangrijke bijdrage te leveren als wetenschapper, en dat was aan het atoomenergieprogramma in oorlogstijd.Chadwick ‘ s eerste reactie op de ontdekking van kernsplijting was om zichzelf te verwijten dat hij het niet eerder had gedaan; hij had uranium bestudeerd onder een langzaam neutronenbombardement met Goldhaber., maar bij het uitfilteren van alfa-deeltjes releases hadden ze ook alle splijtingsproducten die aanwezig zouden kunnen zijn gefilterd. Chad wick reageerde aanvankelijk niet op kernsplijting met eigen experimenteel werk, maar toen G. P. Thomson, die wel op deze manier reageerde, de autoriteiten had gewaarschuwd voor de mogelijkheden van een kernsplijtingsbom, werd Chad wick geraadpleegd. Net als Thomson zag hij in het begin geen echt vooruitzicht op een bom— de kritische massa zou enorm zijn, en de reactie zou te traag zijn om ver te gaan voordat het uranium uitzette om het te stoppen. Hij heeft Bohr en J. A. gelezen., Wheeler ‘ s analyse, waarin de kernsplijting werd toegeschreven aan de relatief zeldzame isotoop uranium 235, leidde ertoe dat hij eind 1939 besloot dat de mogelijkheden niet volledig konden worden uitgesloten en dat er meer informatie nodig was. Met behulp van de Liverpool cyclotron ging hij op zoek naar deze informatie.naar aanleiding van het memorandum van Otto Frisch en Ronald Peierls (April 1940), waarin werd geschat dat een bom zou kunnen worden gemaakt met slechts een paar pond zuiver uranium 235, werd Chadwick lid van de M. A. U. D., Commissie voor militair gebruik van uranium en nam de coördinatie van relevante wetenschappelijke werkzaamheden aan Britse universiteiten. Tegen het einde van het jaar was hij grondig betrokken bij dit werk en ervan overtuigd dat de ontwikkeling van een bom onvermijdelijk was. Tijdens de eerste jaren van de oorlog speelde Chadwick een steeds grotere rol in de discussies., Toen de Britten uiteindelijk besloten om hun inspanningen voor een eigen bomproject op te geven en hun wetenschappers over te dragen aan het Amerikaanse project, werd Chadwick benoemd tot technisch adviseur van de Britse vertegenwoordigers in het Combined Policy Committee—de enige wetenschapper in de Britse groep die volledige toegang had tot alle projectinformatie. De Britten wilden Wallace Akers, die de leiding had over hun project, om deze post te houden, maar de Amerikanen waren achterdochtig over zijn commerciële connecties (hij werd gedetacheerd van Imperial Chemical Industries)., Chadwick had het hoogste respect als wetenschapper en, een van nature discrete man, werd volledig vertrouwd. Hij had ook uitzonderlijke diplomatieke vaardigheden.Chadwick ‘ s capaciteiten als wetenschapper en diplomaat zorgden ervoor dat de Anglo-Amerikaanse samenwerking goed verliep en hoewel hij niet altijd kon voorkomen dat Britse politici en ambtenaren de Amerikanen van streek maakten, was zijn nuchtere advies voldoende om de Amerikanen niet op te geven. Zelfs na de oorlog in Europa eindigde. Chadwick stond erop dat de Britten al hun moeite in het Amerikaanse project staken., Hoewel de Britten uit de oorlog kwamen met minder informatie dan ze hadden gewild, wat ze hadden, waren ze aanzienlijk verschuldigd aan Chadwick.aan het einde van de oorlog liet een uitgeputte Chadwick weten dat hij niet geïnteresseerd was in de post van directeur van het geplande Atomic Energy Research Establishment in Harwell, maar liever terug zou keren naar het universitaire leven. Hij bleef echter een belangrijke adviserende rol spelen in het British atomic energy program., Naar aanleiding van een eerdere zorg over de medische fysica, was hij behulpzaam bij de oprichting van het Radiochemisch Centrum te Amersham voor de productie van radio-isotopen.Chadwick won de Nobelprijs voor de natuurkunde in 1935. Hij werd geridderd in 1945 en werd een metgezel van Eer in 1970. Chadwick werd verkozen tot fellow of the Royal Society in 1927, hij werd bekroond met de Hughes (1932) en Copley (1950) medailles, en diende als vicepresident in de buurt 1948-1949 hij ontving ook een breed scala van andere wetenschappelijke onderscheidingen en onderscheidingen.

bibliografie

I. originele werken., Een bibliografie van Chadwick ‘ s geschriften is te vinden in de overlijdensadvertentie van Massey and Feather (zie hieronder), zijn ontdekking van het neutron werd gerapporteerd in “Possible Existence of a Neutron,” in Nature, 129 (1932). 312, en “het bestaan van een Neutron,” in Proceedings of the Royal Society. A136 (1932), 692-708.een aanzienlijke verzameling van Chadwick ‘ s papieren en correspondentie bevindt zich in het archief van Churchill College, Cambridge, waar ook een transcript van een interview met Chadwick is opgenomen, uitgevoerd door C. Weiner in 1969.

II. secundaire literatuur., De belangrijkste gepubliceerde bron van informatie over Chadwick ’s leven is Sir Harrie Massey en Norman Feather,” James Chadwick, ” in biografische Memoirs of Fellows of the Royal Society. 22 (1976), 11–70. Artikelen over de ontdekking van het neutron en andere aspecten van Chadwick ‘ s werk worden verzameld in John Hendry, ed., Cambridge Physics in the Thirties (Bristol, 1984), die ook een uitgebreide bibliografie van verwante secundaire literatuur bevat: zie ook Norman Feather. “Chadwick’ s Neutron, ” in hedendaagse natuurkunde. 15 (1974), 565-572, Chadwick ‘ s carrière in oorlogstijd is gedocumenteerd in Margaret M., Cowing, Britainand Atomic Energy1939-1945 (Londen en New York. 1964), en Independence and Deterrence (Londen en New York, 1974).

John Hendry