(ur. 20 października 1891 w Bollington koło Macclesfield w Anglii; zm. 24 lipca 1974 w Cambridge w Anglii)

fizyka.

Chadwick był synem J. J. Chadwicka. który miał pralnię w Manchesterze i Ann Mary Knowles. Po ukończeniu Manchester Municipal Secondary School otrzymał stypendium na Manchester University, gdzie studiował fizykę pod kierunkiem Ernesta 0. Rutherford. W 1911 r. otrzymał dyplom pierwszej klasy, a następnie został przyjęty przez Rutherforda jako student do M.Sc., W tym czasie Wydział Fizyki w Manchesterze był u szczytu swojej świetności, ponieważ oprócz Rutherforda jego pracownikami był Hans Geiger. Ernest Marsden, Charles Galton Darwin, György Hevesy i Henry G. J. Moseley. a także, przez jakiś czas, Niels Bohr. Z tego okresu pochodzą Atomy Rutherforda i Bohra. W 1913 roku Chadwick udał się do pracy z Geigerem w Berlinie i nadal tam był, gdy wybuchła wojna w następnym roku. Został internowany do końca wojny w 1918 roku.,

internowanie nie przeszkodziło Chadwickowi w kontynuowaniu zainteresowań naukowych—pozwolono mu nawet odwiedzać niemieckich kolegów naukowych—ale dostępne materiały były podstawowe, a literatura nie istniała: nauka była bardziej pomocna w przetrwaniu niż cokolwiek innego. W 1918 powrócił do Manchesteru i podjął pracę u Rutherforda, przeprowadzając się z nim do Cambridge, gdzie w 1919 został mianowany profesorem Cavendisha., W 1921 Chadwick został wybrany na stypendium badawcze w Gonville and Caius College, a w następnym roku został mianowany asystentem dyrektora badań pod Rutherford w Cavendish Laboratory, stanowisko finansowane przez Departament Badań Naukowych i przemysłowych, aby wziąć część obciążenia od Rutherford, przez następne trzynaście lat Chadwick wziął codziennie za wszystkie badania w tym, co było wówczas wiodącym laboratorium w eksperymentalnej fizyce atomowej i jądrowej. Przyczynił się również znacząco do tych badań, często we współpracy z innymi., Ze względu na swoje obowiązki administracyjne nie miał żadnych zajęć dydaktycznych. W 1925 ożenił się z Eileen Stewart-Brown; mieli dwie córki bliźniaczki.

relacje Chadwicka z Rutherfordem wydają się ogólnie bardzo dobre, ale na początku lat trzydziestych rozwój fizyki jądrowej przyniósł ze sobą perspektywę kłótni. Chadwick wierzył, że akcelerator cząstek cyklotronowych wynaleziony przez Ernesta Lawrence ' a szybko stanie się niezbędnym narzędziem do badań fizyki jądrowej. W 1935 roku zdecydował się na przeprowadzkę., Chadwick przyjął katedrę fizyki na Uniwersytecie w Liverpoolu. W ciągu następnych kilku lat zbudował Wydział Fizyki, który praktycznie przestał istnieć jako ośrodek badawczy, z cyklotronem jako jego centralnym punktem.

Kiedy w 1939 roku wybuchła II wojna światowa, Chadwick ponownie znalazł się w Europie, ale tym razem udało mu się powrócić do Anglii, przez następne cztery lata dzielił swoją uwagę między uniwersytet i służbę rządową, przy czym ta ostatnia coraz bardziej dominowała., Pod koniec 1943 roku przeniósł się do Stanów Zjednoczonych, aby objąć dowództwo nad brytyjską częścią projektu bomby atomowej. Chadwick powrócił do Liverpoolu w 1946 i wznowił prace nad utworzeniem Wydziału Fizyki, w 1948 zaoferowano mu magisterium w Gonville and Caius College w Cambridge, które postanowił przyjąć. Wydaje się, że czuł, że jego dług wobec college ' u, który był dla niego bardzo miły, gdy po raz pierwszy przybył do Cambridge, przeważył jego preferencje do pozostania aktywnym w fizyce. Decyzja ta nie była jednak mądra, gdyż Polityka uczelni doprowadziła do jego rezygnacji w 1958 roku., W 1969 powrócił do Cambridge, gdzie przebywał w pobliżu swoich córek.

wczesne badania Chadwicka, przypisane mu przez Rutherforda, dotyczyły absorpcji promieniowania gamma; najpierw z jego wykorzystaniem jako precyzyjnego badania wzorców Radu, a następnie z zastosowaniem metody opracowanej do standaryzacji. Badał wzbudzanie promieni gamma przez promienie beta (elektrony), a następnie przez promienie Alfa (jądra helu), te ostatnie we współpracy z radiochemikiem A. S. Russellem. W obu przypadkach wzbudzenie zostało potwierdzone., W Berlinie, wraz z Geigerem, Chadwick postanowił ustalić poprzez bezpośrednią obserwację, używając prymitywnego licznika punktów Geigera, względne natężenia dyskretnych linii obserwowanych przez Rutherforda i Robinsona w radioaktywnych widmach betaraya. Chociaż był w stanie zidentyfikować kilka najbardziej intensywnych linii obserwowanych, znalazł również widmo ciągłe obok dyskretnego. Próbował zmienić aparaturę detekcyjną, ale to tylko potwierdziło wniosek., Wynik był całkowitym zaskoczeniem i nie mógł być łatwo wyjaśniony teoretycznie, ale był wyraźnym wskazaniem na eksperymentalne umiejętności Chadwicka. Zarówno widma, jak i relacje między nimi stały się ważnym problemem w fizyce atomowej i jądrowej.

Po przeprowadzce z Rutherfordem do Cambridge, Chadwick wznowił badania rozpoczęte przed wojną. Pracował, podobnie jak wcześniej, pod kierunkiem Rutherforda, skutecznie dostarczając własne rozwiązania problemów mistrza., Jednym z jego pierwszych zadań było określenie prawdopodobieństwa rozpraszania promieni Alfa, aby potwierdzić hipotezę van den Broeka, że ładunek jądrowy atomu w modelu Rutherforda-Bohra był taki sam, jak liczba atomowa. Wykorzystując osiowo symetryczny układ rozpraszania i znacznie ulepszony układ optyczny do liczenia odchylonych scyntylacji cząstek alfa, Chadwick potwierdził hipotezę dla platyny z dokładnością do 1 procent oraz dla srebra i miedzi z nieco mniejszą dokładnością. W 1921 współpracował z E. S., Bieler zastosował ten sam układ doświadczalny do badania rozpraszania cząstek alfa przez wodór w arkuszach wosku parafinowego. Używając gazu wodorowego, Rutherford zauważył już rozbieżności między teorią a eksperymentem; bardziej wyrafinowana analiza Chadwicka i Bielera potwierdziła to, co skłoniło ich do zaproponowania asymetrycznego modelu cząstki alfa. Ta sama konfiguracja eksperymentalna została użyta przez Chadwicka i P. H. Merciera do analizy rozpraszania promieni beta.

Chadwick współpracował w tym okresie również z C. D., Ellis, którego spotkał w obozie dla internowanych w Niemczech, na kontynuację analizy radioaktywnych widm beta i z K. G. Emeléusem na analizę Komory chmur zderzeń cząstek alfa. Jego główne badania przez cały 1920 roku, jednak był w bezpośredniej współpracy z Rutherford., Po odkryciu przez Rutherforda sztucznej Transmutacji jąder w wyniku bombardowania promieniami Alfa (nazwali to sztucznym rozpadem, uważając błędnie, że cząstki alfa nie zostały wchłonięte), pokazali transmutacje w szeregu pierwiastków oprócz azotu z pierwotnego eksperymentu. Chadwick i Ellis badali właściwości cząstek rozpadu, potwierdzając, że są one protonami., Po zademonstrowaniu istnienia cząstek rozpadu poruszających się w różnych kierunkach, wykorzystali to do wyeliminowania skutków zanieczyszczenia Wodorem (które dało fałszywe protony) i tym samym zademonstrowali transmutacje w jeszcze większej liczbie pierwiastków. Kiedy robotnicy w Wiedniu twierdzili, że znaleźli transmutacje pierwiastków, dla których Rutherford i Chadwick nie znaleźli żadnego efektu, w tym węgla i tlenu, Chadwick użył eksperymentalnych umiejętności. całkiem skutecznie, podtrzymując pogląd Cambridge., Inne prace z Rutherfordem w tym okresie, nad promieniotwórczo emitowanymi cząstkami alfa o niezwykle długim zasięgu, zostały również wykonane z myślą o grupie Wiedeńskiej, która zgłosiła, że cząstki te nie istnieją.

w drugiej połowie lat 20.Rutherford i Chadwick zwrócili się do problemu struktury jądrowej poruszonego przez wcześniejsze eksperymenty nad rozpraszaniem cząstek alfa przez wodór. W 1925 po raz pierwszy przyjrzeli się rozpraszaniu przez szereg innych pierwiastków; magnezu, aluminium, złota i uranu., Następnie przestawili się na rozpraszanie helu, w którym cząstki rozproszone i rozpraszające były identyczne (cząstki alfa są jądrami helu), tak że można było walczyć tylko z jedną strukturą jądrową. Po raz kolejny doszli do wniosku, że potrzebna będzie pewna asymetria w strukturze., Zakładali jednak, że przewidywane przez mechanikę kwantową pochlebstwo w tym przypadku było takie samo jak przewidywane przez mechanikę klasyczną, w 1928 Nevill Mott pokazał, że nie jest to prawdą dla identycznych cząstek, a w 1930 Chadwick pokazał, że wyniki rozpraszania helu mogą być w rzeczywistości interpretowane przez mechanikę kwantową bez potrzeby asymetrii.,

oprócz pracy nad widmami beta z wykorzystaniem liczników punktów Geigera i jego one Fray w technikach Komory chmur, wszystkie opublikowane badania Chadwicka w 1920 roku opierały się na zliczaniu scyntylacyjnym (optyczna obserwacja scyntylacji wytwarzanych, gdy Proton lub cząsteczka Alfa uderza w ekran siarczku cynku). Technika ta miała jednak swoje ograniczenia i pod koniec dekady zaczęto stosować techniki elektryczne zdolne do jej przekroczenia., W 1928 roku Geiger i Walther Müller udoskonalili wcześniejszy licznik punktów Geigera, aby stworzyć tzw. licznik Geigera, bardzo czuły detektor promieniowania beta i gamma. Licznik był raczej zawodny, ponieważ podlegał fałszywym liczeniom w ślad za prawdziwymi; ale mógł być niezawodnie używany do liczenia zbiegów okoliczności. Chadwick zareagował na nowy wynalazek, szybko budując część do użytku w Laboratorium Cavendisha., W międzyczasie HL Greinacher w Hern zdołał wykryć pojedyncze cząstki alfa i protony, wzmacniając liniowo prądy jonizacyjne wytwarzane przez cząstki w małej komorze jonizacyjnej.

w 1928 roku Walther Bothe i Johannes Fränz w Berlinie zastosowali nową technikę do badania Transmutacji boru, używając polonowego źródła promieni Alfa zamiast tradycyjnego aktywnego złoża Radu., Doświadczenie Rutherforda zawsze polegało na tym, że promienie Alfa polonu nie wytwarzają Transmutacji; ale ponieważ nowa technika liczenia była wrażliwa na promieniowanie gamma tła, wykluczono użycie aktywnych złóż Radu, o bardzo wysokich wyjściach gammaray. Praca Bothe ' a i Fräza wykazała, że promienie Alfa polonu rzeczywiście wytwarzają transmutacje pomimo ich bardzo niskich energii, co wkrótce zostało wyjaśnione przez nową mechanikę kwantową.

pod kierunkiem Chadwicka nowa technika liczenia została szybko opracowana i opracowana przez C. E. Wynn-Williamsa i innych w Cavendish., W 1930 roku Chadwick, J. L. R. Constable i E. C. Pollard wykorzystali elektryczne liniowe wzmocnienie prądów jonizacyjnych i. po raz pierwszy źródło polonu do badania związku między energiami padających promieni alfa a emitowanymi protonami w transmutacjach jądrowych. Rok później Chadwick i Constable, z ulepszonym źródłem polonu i ulepszoną komorą jonizacyjną, byli w stanie przeprowadzić szczegółową analizę ilościową Transmutacji atomowych.

w międzyczasie wzrosło zainteresowanie produkcją promieniowania gamma pod wpływem bombardowania cząstkami alfa., Promienie Gamma były emitowane razem z promieniowaniem alfa. Patrząc na widmo energii promieniowania alfa, George Gamow zasugerował w 1931 roku), że gdy cząstka Alfa została wyemitowana ze źródła radioaktywnego o mniejszej energii niż maksymalna możliwa, kwantowanie promieniowania gamma zostanie następnie wyemitowane w celu przywrócenia równowagi energetycznej. W eksperymentach Cavendisha i innych miejscach stało się coraz bardziej oczywiste, że protony emitowane przez transmutacje jądrowe nie były całą tą samą energią i dlatego naturalne było szukanie promieni gamma również w tym kontekście.,

w 1930 Bothe i H. Becker wykryli promieniowanie penetrujące, uważane za promieniowanie gamma, emitowane, gdy elementy świetlne były bombardowane polonowymi promieniami Alfa. Zauważyli również zaskakujący efekt dla berylu: intensywność przenikliwego promieniowania z tego pierwiastka była prawie dziesięć razy większa niż dla każdego innego pierwiastka, a promieniowanie było wyjątkowo przenikliwe, wkrótce potem H. C. Webster, pracujący pod kierunkiem Chada Wicka nad tym samym tematem, zaobserwował podobne zjawisko., W czerwcu 1931 roku Chadwick i Webster rozważali możliwość, że ekstremalnym promieniowaniem penetrującym z berylu może być nie promieniowanie gamma, jak powszechnie zakładano, ale neutrony.

ewentualne istnienie neutronu, przewidywane jako stan wiązania protonu i elektronu, zostało zasugerowane przez Rutherforda w 1920 roku, a w ciągu następnych lat podjęto szereg prób wykrycia takich cząstek w Cavendish., Sam Chadwick szukał dowodów na obecność neutronów w wodorze w 1923 roku i ponownie, przy użyciu nowych liczników Geigera, w 1928 roku, i podczas wszystkich prac nad transmutacjami jądrowymi pamiętano o możliwości emisji neutronów. W szczególności Beryl był postrzegany jako obiecujące źródło neutronów, ponieważ nie emitował protonów podczas bombardowania promieniami alfa, a przez fałszywy argument, ponieważ naturalnie występujący Beryl zawierał dużo helu: sugerowało to, że pod wpływem promieniowania kosmicznego jądro berylu może podzielić się na dwa jądra helu i jeden neutron., Chadwick szukał neutronów z berylu przez wiele lat, a jego interpretacja obserwacji Webstera była naturalna. Energia ekstremalnie penetrujących cząstek była związana z ich kierunkiem w sposób sugerujący, że mogą one być cząstkami materialnymi, a nie promieniami gamma, a ich penetrująca moc sugerowała, że w takim przypadku muszą być naładowane. Próby obserwacji ich przejścia przez komorę jonizacyjną nie powiodły się, a problem został odłożony na bok.,

na początku 1932 roku Irène Joliot-Curie i Frédéric Joliot w Paryżu poinformowali, że promieniowanie z berylu było jeszcze bardziej przenikliwe, niż sądzono. Nadal zakładali, że jest to promieniowanie gamma, ale kiedy Chadwick przeczytał raport, zobaczył, podobnie jak Rutherford, że arytmetyka energetyczna kolizji, które go wytwarzają, nie sumuje się., Do tej pory Chadwick był przekonany, że promieniowanie musi być czymś nowym i może być neutronami, używając komory jonizacyjnej i wzmacniacza liniowego swoich ostatnich badań, wraz z nowym i ulepszonym źródłem polonu, badał skutki zderzeń między promieniami penetrującymi i szeregiem różnych substancji, mierząc Energie atomów odrzutu w każdym przypadku., Szybko wykazał, że wyniki całkowicie zgadzały się z teorią, że promieniowanie penetrujące składa się z neutralnych cząstek o masie mniej więcej protonu i wymagały niewiarygodnych założeń, jeśli miały to być promienie gamma. Krótka praca informująca o odkryciu neutronu została przedłożona w lutym 1932 roku. Szczegółowe prace Chadwicka, Normana Feather 'a i Philipa Dee' a, którzy wykorzystali techniki Komory chmurowej do dalszej analizy właściwości neutronów, zostały opublikowane w maju.,

w 1933 roku Chadwick współpracował z Patrickiem Blackettem i Giuseppe Occhialinim, którzy właśnie udowodnili istnienie pozytonu. Przypuszczano, że pozytony mogą być wytwarzane w oddziaływaniach neutronowych, ale okazało się, że obserwowane efekty były w tym przypadku spowodowane promieniowaniem gamma. Następnie zespół skoncentrował się na ilościowej analizie produkcji pozytonów promieniowania gamma. Z D. Lea. Chadwick przeprowadził również poszukiwania neutrin postulowanych przez Wolfganga Pauli, aby uwzględnić ciągłe widmo promieni beta, które zostało po raz pierwszy zademonstrowane przez Chadwicka., Nie mogąc wykryć żadnych cząstek, pokazali, używając komory jonizacyjnej pod wysokim ciśnieniem, że gdyby neutrino istniało, nie byłoby w stanie wytworzyć więcej niż jednej jonizacji na 150 kilometrów powietrza pod normalnym ciśnieniem.

ostatnim dużym dziełem Chadwicka przed wyjazdem z Cambridge do Liverpoolu był Maurice Goldhaber, który dołączył do niego jako osobisty asystent w 1934 roku. Idąc za sugestią Goldhabera, zademonstrowali oni jądrowy efekt fotoelektryczny w postaci rozpadu deuteru pod wpływem oświetlenia gammaraya., Prace te doprowadziły również do pierwszego dokładnego określenia masy neutronu oraz do spekulacji co do znaczenia wolnych neutronów. Nie został on jednak opublikowany, a kilka miesięcy później Enrico Fermi zaobserwował i zdał sobie sprawę z znaczenia tego samego zjawiska. Po pracy Fermiego Chadwick i Goldhaber badali powolne neutronowe transmutacje litu, boru i azotu. Po przeprowadzce do Liverpoolu w 1935 r., Chadwick wykonał dalsze prace nad fotodystrybucją deuteru z N. heather i F., Bretscher, choć skupił swoją uwagę na budowie cyklotronu i budowie tam Wydziału Fizyki. Jeśli chodzi o publikacje naukowe, jego kariera właściwie dobiegła końca. Miał jednak jeden znaczący wkład jako naukowiec, a to było do wojennego programu energii atomowej.

pierwszą reakcją Chadwicka na odkrycie rozszczepienia było zarzucenie sobie, że sam tego wcześniej nie zrobił; badał uran pod powolnym bombardowaniem neutronami Goldhabera., ale filtrując uwalnianie cząstek alfa, odfiltrowali również wszelkie produkty rozszczepienia, które mogły być obecne. Chad wick początkowo nie reagował na rozszczepienie żadną własną pracą eksperymentalną; ale gdy G. P. Thomson, który zareagował w ten sposób, zaalarmował władze o możliwościach bomby rozszczepieniowej, konsultowano się z Chadem wickiem. Podobnie jak Thomson, na początku nie widział realnych perspektyw bomby— masa krytyczna byłaby ogromna, a reakcja byłaby zbyt powolna, aby przejść daleko zanim uran rozszerzył się, aby ją zatrzymać. Po przeczytaniu Bohra i J. A., Analiza Wheelera, w której rozszczepienie przypisano stosunkowo rzadkiemu izotopowi uranu 235, doprowadziła go do decyzji pod koniec 1939 roku, że możliwości nie można całkowicie odrzucić i że potrzebne są dalsze informacje. Korzystając z cyklotronu Liverpoolskiego, postanowił uzyskać te informacje.

Po memorandum Otto Frischa i Ronalda Peierlsa (kwiecień 1940), w którym oszacowano, że bomba może być wykonana z zaledwie kilku funtów czystego uranu 235, Chadwick został członkiem M. A. U. D., Committee on military use of uran and take on the coordination of important scientific work at British universities. Pod koniec roku został gruntownie zaangażowany w te prace i przekonany, że rozwój bomby jest nieunikniony. W pierwszych latach wojny Chadwick odgrywał coraz większą rolę w dyskusjach., Kiedy Brytyjczycy ostatecznie zdecydowali się porzucić wysiłki na rzecz własnego projektu bombowego i przenieść swoich naukowców do amerykańskiego projektu, Chadwick został mianowany doradcą technicznym brytyjskich przedstawicieli w Combined Policy Committee—jedynym naukowcem w brytyjskiej grupie, który miał pełny dostęp do wszystkich informacji o projekcie. Brytyjczycy chcieli, aby Wallace Akers, który był odpowiedzialny za ich projekt, objął to stanowisko, ale Amerykanie byli podejrzliwi wobec jego powiązań handlowych (został oddelegowany z Imperial Chemical Industries)., Chadwick cieszył się najwyższym szacunkiem jako naukowiec i, naturalnie dyskretny człowiek, był całkowicie zaufany. Posiadał również wyjątkowe umiejętności dyplomatyczne.

zdolności Chadwicka jako naukowca i dyplomaty zapewniły, że angielsko-amerykańska współpraca przebiegała dobrze i chociaż nie zawsze mógł powstrzymać brytyjskich polityków i urzędników przed denerwowaniem Amerykanów, jego trzeźwe Rady przeważały na tyle, aby ci ostatni nie zrezygnowali ze wspólnego wysiłku. Nawet po zakończeniu wojny w Europie. Chadwick nalegał, aby Brytyjczycy włożyli cały swój wysiłek w amerykański projekt., Chociaż Brytyjczycy wyszli z wojny z mniejszą ilością informacji, niż by chcieli, to co mieli, zawdzięczali w znacznej mierze Chadwick.

pod koniec wojny wyczerpany Chadwick dał do zrozumienia, że nie był zainteresowany stanowiskiem dyrektora planowanego Atomic Energy Research Establishment w Harwell, preferując powrót do życia uniwersyteckiego. Nadal jednak odgrywał ważną rolę konsultacyjną w brytyjskim programie energii atomowej., W związku z wcześniejszymi zainteresowaniami fizyką medyczną, odegrał kluczową rolę w utworzeniu Centrum Radiochemicznego w Amersham do produkcji radioizotopów.

Chadwick otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1935 roku. W 1945 otrzymał tytuł szlachecki, a w 1970 tytuł towarzysza honorowego. Chadwick został wybrany fellow of the Royal Society w 1927, został odznaczony Hughes (1932) i Copley (1950) medale i służył jako wiceprezes w pobliżu 1948-1949 otrzymał również szereg innych wyróżnień naukowych i nagród.

Bibliografia

I. Prace oryginalne., Jego odkrycie zostało opisane w „Possible Existence of a Neutron,” w Nature, 129 (1932). 312 i „istnienie neutronu” w Proceedings of the Royal Society. A136 (1932), 692-708.

znaczna kolekcja prac i korespondencji Chadwicka znajduje się w archiwach Churchill College w Cambridge, gdzie znajduje się również zapis wywiadu z Chadwickiem przeprowadzonego przez C. Weinera w 1969 roku.

II. Literatura wtórna., Głównym źródłem informacji o życiu Chadwicka są Sir Harrie Massey i Norman Feather, „James Chadwick”, w biograficznych pamiętnikach członków Royal Society. 22 (1976), 11–70. Artykuły dotyczące odkrycia neutronu i innych aspektów pracy Chadwicka są zebrane w John Hendry, ed., Cambridge Physics in the Thirts (Bristol, 1984), która zawiera również obszerną bibliografię pokrewnej literatury wtórnej: Zobacz też Norman Feather. „Neutron Chadwicka” we współczesnej fizyce. 15 (1974), 565-572, kariera Chadwicka jest udokumentowana w Margaret M., Cowing, Britainand Atomic Energy1939–1945 (Londyn i Nowy Jork. 1964) oraz Independence and Deterrence (Londyn i Nowy Jork, 1974).

John Hendry